VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ · Manipulaní nástrojová jednotka, CNC vertikální frézka,...

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ

BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ ÚSTAV AUTOMOBILNÍHO A DOPRAVNÍHO INŽENÝRSTVÍ FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING INSTITUTE OF AUTOMOTIVE ENGINEERING

MANIPULAČNÍ NÁSTROJOVÁ JEDNOTKA AUTOMATIC TOOL CHANGER

DIPLOMOVÁ PRÁCE MASTER´S THESIS

AUTOR PRÁCE Bc. Petr Láznička AUTHOR

VEDOUCÍ PRÁCE doc. Ing. Miroslav Škopán, Csc. SUPERVISOR

BRNO 2015

Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství

Ústav automobilního a dopravního inženýrství Akademický rok: 2014/2015

ZADÁNÍ DIPLOMOVÉ PRÁCE

student(ka): Petr Láznička

který/která studuje v magisterském navazujícím studijním programu

obor: Automobilní a dopravní inženýrství (2301T038)

Ředitel ústavu Vám v souladu se zákonem c.111/1998 o vysokých školách a se Studijním a zkušebním řádem VUT v Brně určuje následující téma diplomové práce:

Manipulační nástrojová jednotka

v anglickém jazyce:

Automatic Tool Changer

Stručná charakteristika problematiky úkolu:

Konstrukční návrh manipulační nástrojové jednotky pro výměnu nástrojů tříosé vertikální frézky.

Základní technické parametry:

- druh vřetene: ES325 – H6161H0405

- upínač: HSK E25 – DIN 69893

- počet pracovních nástrojů: minimálně 4

Cíle diplomové práce:

- kritická rešerše obdobných systémů,

- návrh vybraných konstrukčních řešení (jednotlivé varianty řešení),

- porovnání navrhnutých konstrukčních variant,

- kapacitní a pevnostní výpočet vybrané konstrukční varianty,

- základní výkresová dokumentace (sestava, podsestavy a dílenské výkresy dle pokynů vedoucího DP)

Seznam odborné literatury:

1. SHIGLEY, J.E. - MISCHKE, Ch.R. - BUDYNAS R.G.: Konstruování strojních součástí,

Vydalo VUT v Brně, nakladatelství VUTIUM 2010, ISBN 978-80-214-2629-0

2. ŠKOPÁN, M.: Hydraulické pohony strojů, elektronická skripta VUT v Brně 2009

3. NV 176/2008 o technických požadavcích na strojní zařízení

4. Firemní dokumentace

Vedoucí diplomové práce: doc. Ing. Miroslav Škopán, CSc.

Termín odevzdání diplomové práce je stanoven časovým plánem akademického roku 2014/2015.

V Brně, dne 5.11.2014

L.S.

_______________________________ _______________________________ prof. Ing. Václav Píštěk, DrSc. doc. Ing. Jaroslav Katolický, Ph.D.

Ředitel ústavu Děkan fakulty

BRNO 2015

ABSTRAKT, KLÍČOVÁ SLOVA

ABSTRAKT

Diplomová práce je zpracována se zaměřením na konstrukční řešení manipulační nástrojové

jednotky pro CNC vertikální frézku SLV 300 ve spolupráci se zlínskou firmou

IMC/Engineering s.r.o. Hlavním cílem práce je vytvoření několika konstrukčních variant na

základě kritické rešerše obdobných zařízení a následná volba nejvhodnějšího řešení.

Posouzení jednotlivých variant je provedeno s ohledem na změny způsobené na stávající

konstrukci stroje. Zásadní je však vhodnost řešení z pohledu zákazníka firmy SolidVision

s.r.o. Konstrukční řešení je navrženo pro možnost prezentace zařízení s unikátními

vlastnostmi ve své třídě, čímž je míněna jednoduchá bezúdržbová konstrukce s možností

snadného servisního přístupu. Pro zvolené řešení manipulační nástrojové jednotky jsou

pevnostním výpočtem ověřeny nejvíce zatěžované části zařízení. Pro bližší seznámení

s volenou konstrukcí je k technické správě přiložena výkresová dokumentace.

KLÍČOVÁ SLOVA

Manipulační nástrojová jednotka, CNC vertikální frézka, zásobník nástrojů, kuličkový šroub.

ABSTRACT

The thesis is focus on design solutions of automatic tool changer for CNC vertical milling

machine SLV 300 in cooperation with the design company IMC/Engineering s. r. o. The

main goal of theses is the creation of several design variants based on the critical research of

similar machinery and the subsequent choice of the most appropriate solution. The

assessment of the various options is done with amount of the changes caused on the existing

design of the machine. It is essential the suitability of the solution from the perspective of the

customer's company SolidVision s. r. o. Design solution is being designed for the possibility

of a presentation device with unique features in its class, which is meant to be a simple

maintenance free design with the possibility of easy service access For the chosen solution of

the automatic tool changer are by calculation verified by the most exposed part of the device.

In the thesis is also design documentation, for a better understand of the design solution.

BRNO 2015

ABSTRAKT, KLÍČOVÁ SLOVA

KEYWORDS

Automatic Tool Changer, CNC vertical milling machine, Tool Box, Precision ball screw

BRNO 2015

BIBLIOGRAFICKÁ CITACE

BIBLIOGRAFICKÁ CITACE

Láznička, P. Manipulační nástrojová jednotka. Brno: Vysoké učení technické v Brně,

Fakulta strojního inženýrství, 2015. 67 s. Vedoucí diplomové práce doc. Ing. Miroslav

Škopán, Csc.

BRNO 2015

ČESTNÉ PROHLÁŠENÍ

ČESTNÉ PROHLÁŠENÍ

Prohlašuji, že tato práce je mým původním dílem, zpracoval jsem ji samostatně pod vedením doc. Ing. Miroslav Škopán, Csc. a s použitím literatury uvedené v seznamu.

V Brně dne xx. května 2015 …….……..…………………………………………..

Jméno a přímení

BRNO 2015

PODĚKOVÁNÍ

PODĚKOVÁNÍ

Na tomto místě bych rád poděkoval všem, kteří my byli ochotni poskytnout odborné rady při řešení diplomové práce. Především bych chtěl poděkovat firmě IMC/Engineerg s.r.o. za umožnění spolupráce na projektech a za profesionální přistup při vedení diplomové práce.

Dále bych rád poděkoval doc. Ing. Miroslavu Škopánovi, Csc za cenné informace při řešení problémů, spojených s diplomovou prací.

BRNO 2015

9

OBSAH

OBSAH

BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY .............................................................................. 1

Úvod ......................................................................................................................................... 11

1 Cíle práce .......................................................................................................................... 12

1.1 Cíle práce v bodech .................................................................................................... 12

1.1.1 Zadané parametry manipulační nástrojové jednotky .......................................... 12

2 Charakteristika CNC vertikální frézky SLV 300 ............................................................. 13

2.1 CNC frézka datron M7 .............................................................................................. 15

3 Obdobné systémy manipulačních nástr. jednotek ............................................................ 16

3.1 Nástrojová jednotka DATRON ................................................................................. 16

3.1.1 Manipulační nástrojová jednotka TC-E .............................................................. 17

3.1.2 Statická nástrojová jednotka TC-S ..................................................................... 18

3.2 Manipulační nástrojové jednotky v ostatních CNC strojích ...................................... 18

3.2.1 Manipulační nástrojová jednotka hvězdicová (disková) .................................... 19

3.2.2 Manipulační nástrojová jednotka kruhová (bubnová) ........................................ 20

3.2.3 Manipulační nástrojová jednotka řetězová ......................................................... 20

4 Koncepční návrh ............................................................................................................... 21

4.1 Varianta 1. .................................................................................................................. 21

4.1.1 Konstrukční řešení .............................................................................................. 21

4.1.2 Zásahy do stávající konstrukce CNC frézky ...................................................... 22

4.1.3 Hlavní komponenty ............................................................................................ 22

4.1.4 zhodnocení konstrukční varianty ........................................................................ 23

4.2 Varianta 2. .................................................................................................................. 23





4.3 Varianta 3. .................................................................................................................. 26





4.4 Výběr vhodné varianty řešení .................................................................................... 28

4.4.1 Posouzení z hlediska zákazníka .......................................................................... 28

4.4.2 Zásahy do stávající konstrukce ........................................................................... 28

5 Vybraná konstrukční varianta ........................................................................................... 29

BRNO 2015

10

OBSAH

5.1 Podrobný popis konstrukčního řešení ........................................................................ 29

5.1.1 Sestava rámu ....................................................................................................... 29

5.1.2 Sestava lineárního vedení ................................................................................... 30

5.1.3 Sestava zásobníku nástrojů ................................................................................. 34

5.1.4 Sestava kuličkového šroubu ............................................................................... 35

5.1.5 Sestava motoru a rozvodu................................................................................... 40

5.1.6 Sestava krytovaní manipulační nástrojové jednotky .......................................... 44

5.1.7 Ostatní komponenty ............................................................................................ 44

5.2 Kontrola kuličkového šroubu ..................................................................................... 47

5.2.1 Vstupní parametry manipulace se zásobníkem nástrojů..................................... 47

5.2.2 Výpočet doby a dráhy jednotlivých fází výměny ............................................... 48

5.2.3 Výpočet průměrných otáček v jednotlivých fázích ............................................ 51

5.2.4 Výpočet středních otáček kuličkového šroubu ................................................... 51

5.2.5 Výpočet axiálních silových účinků na kuličkový šroub v jednotlivých fázích .. 52

5.2.6 Výpočet středního axiálního zatížení ................................................................. 53

5.2.7 Výpočet kritické axiální síly v kuličkovém šroubu ............................................ 53

5.2.8 Výpočet dovolené axiální síly v kuličkovém šroubu ......................................... 54

5.2.9 Životnost kuličkového šroubu ............................................................................ 54

5.2.10 Výpočet točivého momentu na kuličkovém šroubu ........................................... 55

5.2.11 Výpočet výkonu na kuličkovém šroubu ............................................................. 55

5.2.12 Návrh pohonu manipulační nástrojové jednotky ................................................ 55

5.3 Pevnostní výpočet ...................................................................................................... 57

5.3.1 Výpočet svěrného pouzdra ................................................................................. 57

5.3.2 Kontrola hnané řemenice .................................................................................... 59

Závěr ......................................................................................................................................... 61

Použité informační zdroje ......................................................................................................... 62

Seznam použitých zkratek a symbolů ...................................................................................... 64

BRNO 2015

11

ÚVOD

ÚVOD CNC výroba je v dnešní době velmi rozšířená a je jí věnována velká míra pozornosti. Snahou

konstruktérů je vyvíjet zařízení, která výrazně usnadní a urychlí výrobní proces. Vysoké

požadavky jsou kladeny zejména na snížení výrobních časů, což má výrazný dopad na

koncovou cenu výrobku. Na zkrácení výrobního času se výrazně podílí čas výměny nástroje.

Z důvodu složitosti obrobku je častá výměna nástroje nezbytná, a proto je této oblasti

věnována značná míra pozornosti.

Pro Firmu SolidVision s.r.o. byla zkonstruována CNC vertikální frézka která svou velikostí a

schopnostmi tvoří jedinečný stroj ve své třídě, který se na trhu zatím neobjevuje. CNC

vertikální frézka vznikla jako první stroj z plánované řady firmy SolidVision s.r.o. Svou

jednoduchostí ovládání splňuje nároky tréninkového pracoviště, lze jej však využít také

v komerční sféře. Obrobky se prezentují vysokou přesností rozměrů, tvarů a kvalitou

obrobených ploch. Díky účelnému uspořádání suportů a následnému efektivnímu zakrytování,

zaujímá stroj minimální zástavbový rozměr. Základní díly vyrobené z hliníkové slitiny

výrazně snižují celkovou hmotnost stroje. CNC frézka byla v návrhu prototypu zkonstruována

bez výměny nástrojů, což je velkou nevýhodou pro komerční využití tohoto zařízení. Proto je

třeba pro zrychlení výrobního procesu doplnit toto zařízení o manipulační nástrojovou

jednotku, což je hlavním předmětem diplomové práce.

Diplomová práce je zaměřena na konstrukci manipulační nástrojové jednotky pro stávající

stroj SLV 300. Pro možnost využití CNC vertikální frézky v komerční sféře je nezbytné

navrhnout manipulační nástrojovou jednotku pro automatickou výměnu nástrojů. Na základě

kritické rešerše jsou zkonstruovány tři koncepční návrhy manipulační nástrojové jednotky.

Jednotlivé konstrukční varianty jsou následně porovnány. Porovnání z pohledu zákazníka,

tedy servisní a kapacitní výhody, které jsou velmi důležité pro prezentaci zařízení na trhu. Při

konstrukci je kladen hlavně důraz na snadný a rychlý servis manipulační nástrojové jednotky.

Jako další srovnávací kritérium je množství a náročnost změn na stávající konstrukci CNC

vertikální frézky. Z konstrukce jednotlivý koncepčních návrhů je zřejmé, že opatření stroje o

manipulační nástrojovou jednotku přináší značné zásahy do stávající konstrukce CNC

vertikální frézky SLV 300. Nelze navrhnout automatickou výměnu nástroje bez zásadních

úprav na krytování a nosném rámu, ale také na „y-ovém“ suportu. Zásadním zásahem je již

zmíněné prodloužení rozjezdu v „ose y“, tato změna vyžaduje nákup nových kuličkových

šroubu a lineárních vedení.

Na základě zjištění nezbytných konstrukčních úprav stávající CNC vertikální frézky, se volba

konstrukčního řešení spíše zaměřuje na co možná nejvyšší kapacitu zásobníku a komfortní

servisní přístup. Na základě těchto požadavků je vybrána konstrukční varianta, která sice

způsobuje rozšíření zástavby stroje, ale z pohledu servisního a kapacitního vykazuje nejvíce

výhod.

Pro zvolenou konstrukční variantu je doložena výkresová dokumentace. Modely a výkresová

dokumentace, jsou vytvářeny v počítačovém CAD/CAM/CAE 3D softwaru Pro/ENGINEER

(computer aided design/computer aided manufacturing/computer aided engineering).

BRNO 2015

12

CÍLE PRÁCE

1 CÍLE PRÁCE Cílem diplomové práce je navrhnout manipulační nástrojovou jednotku, na základě průzkumu

systémů běžně používaných u strojů podobného typu. Je tedy třeba vytvořit návrh několika

funkčních variant a porovnat jejich klady a zápory při využití pro CNC vertikální frézku SLV

300. Po vzájemném porovnání jednotlivých konstrukčních provedení, z pohledu funkce,

kapacity a změny konstrukce stávajícího stroje, je třeba vybrat jedno nejvhodnější řešení. Na

zvolené variantě následně provést pevnostní kontrolu stěžejních částí a vypracovat

výkresovou dokumentaci dle zadání.

1.1 CÍLE PRÁCE V BODECH

Kritická rešerše obdobných systémů

Návrhy vybraných konstrukčních řešení (jednotlivé varianty řešení)

Porovnání navrhnutých konstrukčních variant

Kapacitní a pevnostní výpočet vybrané konstrukční varianty

Základní výkresová dokumentace

1.1.1 ZADANÉ PARAMETRY MANIPULAČNÍ NÁSTROJOVÉ JEDNOTKY

Pro využití stroje v komerční sféře je nutné, aby stroj disponoval automatickou výměnou

nástrojů. Pro možnost použití manipulační nástrojové jednotky je nezbytná změna původního

vřetene. Prototyp byl navržen bez automatické výměny, proto je potřeba pro variantu

s automatickou výměnou zvolit nové vřeteno a vhodný upínač nástrojů. Jeden z požadavků

zákazníka je návrh manipulační nástrojové jednotky s kapacitou minimálně čtyř nástrojů.

Upínač: HSK E25 – DIN 69893

Vřeteno: ES325 – H6161H0405

Počet nástrojů: minimálně 4

BRNO 2015

13

CHARAKTERISTIKA CNC FRÉZKY

2 CHARAKTERISTIKA CNC VERTIKÁLNÍ FRÉZKY SLV 300 Technické specifikace stroje, pro který je manipulační nástrojová jednotka navrhována jsou

zadány zákazníkem SolidVision s.r.o. Stroj je určen k obrábění hliníkových slitin, plastů a

dřeva. Firma SolidVision s.r.o. ve spolupráci s IMC/Engineering vytvořila CNC frézku, která

svou velikostí a schopnostmi tvoří jedinečný stroj ve své třídě. CNC vertikální frézka splňuje

vysoké nároky výrobních pracovišť, jako je maximální produkční výkon, vysoká přesnost

finálního výrobku a dodržení vysoké kvality obrobených ploch a to vše při zachování nízké

ceny a provozních nákladů. CNC vertikální frézka tvoří první stroj z plánované řady firmy

SolidVision. Svou jednoduchostí ovládání splňuje také nároky tréninkového pracoviště, jako

pomůcka pro střední i vysoké školství v hodinách výuky CNC programování. Z tohoto

důvodu stroj vykazuje vysokou bezpečnost, jednoduchost ovládání pro méně kvalifikovanou

obsluhu. Lze jej však využít také v komerční sféře. Díky účelnému uspořádání suportů a

následnému efektivnímu zakrytování, zaujímá stroj minimální zástavbový rozměr. Základní

díly, které jsou vyrobeny z hliníkové slitiny, výrazně snižují celkovou hmotnost stroje.

Průhledy v krytování stroje umožňují velmi dobrou vizuální kontrolu vlastního procesu

obrábění. Odnímatelné boční panely umožňují pohodlný přístup pro servisní zásahy.

Originálním způsobem je řešeno otevírání předních dveří pracovního prostoru. Dvojice

tažných pružin vyvažuje hmotnost dveří a usnadňuje obsluze manipulaci s nimi. Zásobník

třísek je účelně umístěn v prostoru pod obráběcím stolem a tak neomezuje obsluhu v pohybu

kolem stroje. Velkou předností CNC vertikální frézky je konstrukce suportů. Veškeré

pohyblivé části jsou sestaveny jako celek na základní desce stroje. To umožňuje seřízení

jednotlivých suportů a doladění nepřesností mimo základní rám stroje, na který je tento celek

namontován až po finálním sestavení a odzkoušení.

Bezpečnost:

Vzhledem k předpokládanému uplatnění ve školství (zvýšený počet nekvalifikovaných obsluh

i osob pohybujících se okolo stroje), musí stroj splňovat bezpečnostní předpisy stanovené

normou ČSN EN 12417+A2 – Bezpečnost obráběcích a tvářecích strojů – Obráběcí centra.

Přehlednost:

Celý obráběcí proces musí být přehledný i při plném zakrytování stroje.

Levný provoz:

Veškeré pohybující se části (kuličkové matice, lineární vedení) jsou doplněny o mazací

kapsle, které zajišťují spolehlivé mazaní po celou dobu životnosti komponentu. Z tohoto

důvodu není třeba instalovat do stroje mazací agregát a rozvod maziva.

Obráběné materiály:

Předpokládané obráběné materiály jsou dřevo, umělé dřevo, plasty a slitiny hliníku. Nepočítá

se s vodním chlazením, pouze s eventualitou použití chlazení pomocí alkoholové mlhy

(slitiny hliníku).

BRNO 2015

14


Tabulka 1 parametry prototypu CNC vertikální frézky SLV 300

SLV 300 jednotka

Řídicí systém Sinumerik 808D ADVANCED

Rozsah pojezdu – osa X 375 mm

Rozsah pojezdu – osa Y 400 mm

Rozsah pojezdu – osa Z 200 mm

Max./ Min. vzdálenost vřetene od

stolu 15 / 215 mm

Rozměry pracovního stolu 475 x 400 mm

Vřeteno – výkon S1 – 2; S6 – 2,4 kW

Vřeteno - moment S1 – 0,8; S6 – 0,95 Nm

Rozsah otáček vřetene 100 – 24 000 ot/min

Pohony Siemens 1,9 Nm

Pracovní posuv 0-20 000 (30 000) mm/min

Rychloposuv 0-20 000 (30 000) mm/min

Opakovatelná přesnost 0,005 mm

Geometrická přesnost 0,01 mm

Materiál obrobku AL slitiny, barevné kovy, plast

Upnutí nástroje ER25 mm

Rozměry stroje V x Š x H 1800x870x1330 mm

Hmotnost stroje 815 kg

Maximální výška obrobku 205 mm

Obrázek 1 CNC vertikální frézka SLV 300 (model z Pro/ENGINEER)

BRNO 2015

15


2.1 CNC FRÉZKA DATRON M7

CNC vertikální frézce SLV 300 firmy SolidVision s.r.o. se z velkého sortimentu strojů

nejvíce podobá CNC vertikální frézka Datron M7, vyráběná firmou Datron Technology, s.r.o.

Tento stroj má podobnou zástavbovou velikost a srovnatelný pracovní prostor. Disponuje

manipulační nástrojovou jednotkou, která má kapacitu pěti nástrojů upínačem HSK E25.

Tabulka 2 technická specifikace CNC vertikální frézky Datron M7[1]

Technická specifikace DATRON M7 Compact

Souřadnicový stůl mramorový stůl na ocelové základně, portál osazený na dvou Y-

pohonech, přesné vedení

Pracovní prostor (X, Y, Z) 500 x 500 x 240 mm

Výška portálu 200 mm

Zástavbové rozměry (Š, H, V) 1300 mm x 1300 mm x 1950 mm

Pohonné jednotky digitální servopohony

Mazací a chladicí systém Mazání minimálním množstvím, elektronicky nastavitelné

dávkování

Vřeteno (volitelné) 600 W vysokofrekvenční vřeteno, 7000-60000 min

-1, s

pneumatickým upínáním nástroje

Zásobník nástrojů (volitelný) zásobník na 5 nástrojů se snímačem déĺky nástroje, zásobník na 15

nástrojů s krytem proti třískám a snímačem déĺky nástroje

Řídicí systém decentralizované, digitální servo řízení, PC prostředí

Posuvové rychlosti až do 16 m/min

Váha cca. 800 kg

Obrázek 2 vertikální frézka DATRON M7[1]

BRNO 2015

16

OBDOBNÉ SYSTÉMY MANIPULAČNÍCH NÁSTR. JEDNOTEK

3 OBDOBNÉ SYSTÉMY MANIPULAČNÍCH NÁSTR. JEDNOTEK Manipulační nástrojová jednotka je zařízení, které je využíváno ve výrobním procesu

k automatické výměně nástroje. Vhodně zvolená nástrojová jednotka má velký vliv na

rychlost výrobního procesu. Na výrobní časy jsou v dnešní době kladeny velké požadavky,

hlavně z důvodu ekonomických. Převážná většina manipulačních nástrojových jednotek je

využívána v oblasti obrábění oceli. Tento proces vyžaduje složitější technologický postup

obrábění, což má za následek vyšší počet nástrojů potřebných k dosažení finálního stavu

obrobku. Pro tyto aplikace se využívají nástrojové jednotky s kapacitou zásobníku většinou

třiceti nástrojů a vyšší.

Stroje s podobnými technickými parametry jako CNC vertikální frézka SLV 300 vyrábí např.

firma Datron Technology, s.r.o. Stroje od firmy Datron technology, s.r.o. jsou velmi kvalitní

zařízení pro obrábění hliníkových slitin a plastů. Firma Datron Technology, s.r.o. si mimo jiné

vyrábí i své vlastní manipulační nástrojové jednotky které mají kapacitu zásobníku běžně od

pěti do patnácti nástrojů.

3.1 NÁSTROJOVÁ JEDNOTKA DATRON

Datron Technology, s.r.o. nabízí nástrojovou jednotku pro různé typy upínačů. Podle typu

vřetene jsou k dispozici nástrojové jednotky obsahující nástroje s upínačem HSK kužel nebo

nástroje s přímou upínací stopkou. Nástrojové jednotky lze popsat podle způsobu pohybu

nástrojové desky, ve které jsou uloženy upínače s nástroji. Prvním typem je statická

nástrojová jednotka, která je umístěna na libovolné pozici ve stroji, kterou lze měnit dle

konkrétních potřeb. Nástrojová deska je nehybná. Tento typ nástrojové jednotky neobsahuje

kryt proti třískám vznikajícím při procesu obrábění. Dalším typem je nástrojová jednotka,

která vykonává určitý pohyb s nástrojovou deskou. Je umístěna na přesné pozici ve stroji,

z důvodu přivedených energií. Tento typ lze nazvat manipulační nástrojová jednotka. Je

vybavena krytem proti vniknutí třísek do prostoru zásobníku. Při otevírání tohoto krytu se

nástrojová deska vysouvá do polohy výměny. V obou případech nástrojové jednotky je délka

nástroje automaticky měřena a kompenzována pomocí senzoru. Umístění sensoru je na

příslušné pozici mezi upínači uloženými v zásobníku. Jsou používány dva typy systému

k měření délky nástroje. WLS sensor je využíván k měření a korekci délky nástroje. Využití

tohoto senzoru je běžné pro statické nástrojové jednotky, z důvodu nižší ceny. Dalším

používaným typem je senzor Z-Nano. Tento sensor se je určen k měření a korekci délky

nástroje a také ke kontrole průměru nástroje. Tento sensor Z-Nano je velmi citlivý a lze jej

použít také pro měření a korekci i velmi malých nástrojů bez hrozby jejich poškození.

BRNO 2015

17


3.1.1 MANIPULAČNÍ NÁSTROJOVÁ JEDNOTKA TC-E

Jednotka TC-E je schopna pojmout až patnáct nástrojů na zásobník. Kapacita patnácti nástrojů

je možná za předpokladu, že jsou použity nástroje s přímou upínací stopkou (viz obr. 3). Pro

nástroje s upínačem HSK E25 je manipulační nástrojová jednotka pro pět, maximálně

jedenáct nástrojů a to z důvodu větších rozměrů upínače (viz obr. 4 a 5). Manipulační

nástrojová jednotka je vybavena krytem, který chrání prostor zásobníku s uloženými nástroji

proti vniknutí třísek a chladicí kapaliny. Tento kryt je automaticky otevírán pouze při výměně

nástroje. V nástrojové jednotce je integrováno zařízení pro měření délky nástroje. Pro tento

druh zásobníku používá firma Datron Technology, s.r.o. senzor Z-Nano.

Obrázek 3 TC-E-15 (Manipulační nástrojová jednotka pro patnáct nástrojů s přímou stopkou) [2]

Obrázek 4 TC-E-5 (Manipulační nástrojová jednotka pro pět nástrojů s upínačem HSK E25) [2]

Obrázek 5 TC-E-11(Manipulační nástrojová jednotka pro jedenáct nástrojů HSK E25)[2]

BRNO 2015

18


3.1.2 STATICKÁ NÁSTROJOVÁ JEDNOTKA TC-S

Jednotka TC-S je typem statické nástrojové jednotky. Obsahuje pět až deset nástrojů s přímou

stopkou. Nástrojová jednotka je pouze držák nástrojů s přidaným senzorem pro korekci

nástroje. Firma Datron Technology, s.r.o. vyrábí tento typ nástrojové jednotky ve dvou

provedeních. V prvním případě je TC-S vyráběn jako obrobek z hliníku, nebo jako druhá

varianta se používá ohnutý plech (viz obr. 6). Tento typ nástrojové jednotky patří mezi

nejlevnější varianty, kde se nepoužívá ochranný kryt proti třískám a chladicí kapalině. Držák

nástroje je při výměně intenzivně ofukován tlakovým vzduchem vycházejícím z vřetene.

Součástí této jednotky je snímač na měření délky nástroje. Pro tento typ nástrojové jednotky

je požito senzoru WLS. Výhodou této jednotky je nízká pořizovací cena a variabilita uložení

ve stroji.

3.2 MANIPULAČNÍ NÁSTROJOVÉ JEDNOTKY V OSTATNÍCH CNC STROJÍCH

Ve výrobním procesu je užíváno mnoho variant manipulačních nástrojových jednotek. Typ

manipulační nástrojové jednotky se volí podle počtu a druhu používaných upínačů. Dalším

kritériem pro volbu nástrojové jednotky jsou její vlastní rozměry a její následné umístění na

stroji. Je důležité vždy zvážit, zda je daná nástrojová jednotka vhodná pro konkrétní

uspořádání stroje. Většina manipulačních nástrojových jednotek je umístěna ve strojích, které

jsou určeny zejména pro obrábění oceli. Jedná se o nástrojové jednotky vysokokapacitní.

Vysokokapacitní manipulační nástrojová jednotka se velmi liší od předchozích nástrojových

jednotek vyráběných firmou Datron Technology, s.r.o. Konstrukční provedení je

komplikované a zástavbové rozměry jsou daleko větší. V mnoha případech se jedná o

zařízení, která svými rozměry rozšiřují zástavbovou velikost stroje.

Obrázek 6 TC-S (pro deset a pro pět nástrojů)[2]

BRNO 2015

19


3.2.1 MANIPULAČNÍ NÁSTROJOVÁ JEDNOTKA HVĚZDICOVÁ (DISKOVÁ)

Jednotlivé nástroje jsou uloženy na disku v mechanických držácích (viz obr. 7). Každý nástroj

má svou konkrétní pozici. Tyto nástrojové jednotky jsou omezeny počtem nástrojů. Je možno

do nich uložit běžně 12 až 30 nástrojů. Tato nástrojová jednotka je charakteristická tím, že osa

nástroje je rovnoběžná, nebo šikmá k ose otáčení zásobníku. Výměna nástroje je rychlá. Toto

zařízení nevyžadují další pomocný mechanismus výměny. Vřetenem je odebírán nástroj

přímo z nástrojové jednotky. Hvězdicová nástrojová jednotka je konstruována s kapacitou cca

třiceti nástrojů. S přibývajícím počtem nástrojů je zvětšován průměr disku, což je nevýhodné

pro zástavbu ve stroji. V některých případech je tato nástrojová jednotka součástí vřetene (viz.

Obr. 8).

Obrázek 7 manipulační nástrojová jednotka hvězdicová (DMG/MORI)[4]

Obrázek 8 manipulační nástrojová jednotka součástí vřetene (DMG/MORI)[5]

BRNO 2015

20


3.2.2 MANIPULAČNÍ NÁSTROJOVÁ JEDNOTKA KRUHOVÁ (BUBNOVÁ)

Kruhová manipulační nástrojová jednotka je charakteristická tím, že jednotlivé nástroje jsou

uloženy na obvodu bubnu v pohyblivých držácích. Manipulační nástrojové jednotky tohoto

typu disponují vysokou kapacitou nástrojů. Nejčastěji se používána jednotka s kapacitou

zásobníku do cca třiceti nástrojů pro metodu s ramenovým podavačem (viz obr. 9). U tohoto

typu nástrojové jednotky je osa nástroje uložena rovnoběžně s osou otáčení bubnu. Držáky

nástrojů umožňují vyklápění o úhel 90˚. Tento pohyb je vykonáván pomocí pneumatického

manipulátoru, který vyklopí držák s nástrojem do polohy výměny. Z této polohy je nástroj

odebírán s využitím mechanického ramene podavače. Nevýhodou kruhové manipulační

nástrojové jednotky je její narůstající zástavbový rozměr v důsledku zvyšování počtu nástrojů

a komplikovanější mechanika celého zařízení.

3.2.3 MANIPULAČNÍ NÁSTROJOVÁ JEDNOTKA ŘETĚZOVÁ

Řetězová manipulační nástrojová jednotka je charakterizována uložením nástrojů za sebou

v držáku, který je složen z jednotlivých článků a představuje vlastně řetěz (viz obr. 10). Dráhu

řetězu je možné přizpůsobit pro konkrétní požadavky zákazníka. Může být upraven tak, že

jsou rozměry nástrojové jednotky přijatelnější, než u předchozího kruhového a diskového

uspořádání. Kapacita takovéto nástrojové jednotky je v podstatě neomezená. Běžně se však

používá pro kapacitu sto dvaceti nástrojů.

Obrázek 9 manipulační nástrojová jednotka bubnová (DMG/MORI)[6]

Obrázek 10 manipulační nástrojová jednotka řetězová (firma T+S Jakob)[3]

BRNO 2015

21

KONCEPČNÍ NÁVRH

4 KONCEPČNÍ NÁVRH Do koncepčního návrhu jsou zahrnuty tři varianty uspořádání manipulační nástrojové

jednotky. Jednotlivé varianty jsou navrhovány pro koncepci CNC vertikální frézky SLV 300.

Každá varianta je konstruována s ohledem na zadané technické parametry stanovené

zákazníkem. Manipulační nástrojová jednotka musí být navržena, pro uložení minimálně

čtyřech nástrojů s upínačem HSK E25. Dalším hlavním kritériem návrhu je snaha o navržení

manipulační nástrojové jednotky, která si vynutí co nejméně změn na stávající konstrukci

stroje. Pro každou variantu, je nezbytná změna konstrukce rámu, krytování a „Y-nového“

suportu stroje. Nelze navrhnout manipulační nástrojovou jednotku, která by konstrukci

nezměnila. Jsou navrženy dvě varianty s hnacím ústrojím tvořeným elektromotorem a

kuličkovým šroubem a jedna varianta s pohonem pneumatickým válcem. Při navrhování

jednotlivých konstrukčních návrhů je snaha o vytvoření zásobníku nástrojů s co nevyšší

kapacitou pro dané uložení ve stroji. Zásobník s vyšší kapacitou umožňuje výrazné zvýšení

počtu obráběcích operací CNC vertikální frézky. Dalším kritériem návrhu je vytvoření

konstrukce s co možná nejsnazším servisním přístupem.

4.1 VARIANTA 1.

Manipulační nástrojová jednotka s umístěním v zadní části pracovního prostoru stroje. Tato

varianta koncepčního návrhu vznikla na základě vzoru firmy Datron Technology, s.r.o., která

své manipulační nástrojové jednotky umisťuje v zásadě na tuto pozici.

4.1.1 KONSTRUKČNÍ ŘEŠENÍ

Manipulace se zásobníkem nástrojů je zajištěna pomocí elektromotoru a kuličkového šroubu.

Spojení pohonu se šroubem je navrženo užitím pružné spojky. K uchycení motoru a pro

uložení jednoho konce kuličkového šroubu v zadní části stroje, je navržen krytý ložiskový

domek. Pružná spojka je tímto krytem chráněna před třískami, které vznikají při procesu

obrábění. Druhý konec kuličkového šroubu je uložen ve střední části stroje v ložiskovém

domku. Prostřednictvím těchto ložiskových domků je celá sestava kuličkového šroubu a

motoru uchycena k základní desce stroje. Kuličková matice je připojena k unašeči, přes který

Obrázek 11 manipulační nástrojová jednotka v zadní části stroje (model z Pro/ENGINEER)

BRNO 2015

22

KONCEPČNÍ NÁVRH

je přenášen pohyb z kuličkové matice na zásobník nástrojů. Zásobník nástrojů musí být

připojen k vozíkům lineárního vedení. Tím je zajištěno přesné vedení zásobníku do výměnné

polohy. Lineární vedení nástrojové jednotky je umístěno na bočnicích stroje. Konstrukce

lineárního vedení je v kombinaci T+U. Jedna vodící lišta je pevná označená výrobcem jako

X-Rail a druhá kompenzační, značená UEX-20. Manipulační nástrojová jednotka je navržena

se zásobníkem s kapacitou pěti nástrojů s upínačem HSK E25, čímž je splněn základní

požadavek zákazníka. Pro umístění manipulační nástrojové jednotky v zadní části stroje není

možná vyšší kapacita zásobníku a to z důvodu omezeného prostoru ve stroji.

4.1.2 ZÁSAHY DO STÁVAJÍCÍ KONSTRUKCE CNC FRÉZKY

Toto řešení vyžaduje značný zásah do konstrukce stroje. Z důvodu umístění manipulační

nástrojové jednotky v zadní části stroje, je nutné prodloužení pojezdu suportu ve směru „osy

Y“. V důsledku prodloužení pojezdu je nutná změna lineárního vedení na této ose. S delším

vedením je nezbytná výroba nových bočnic stroje a návrh delších kuličkových šroubů.

V zadní části stroje je umístěn nosič energií, který vyžaduje nové řešení. Další velkou změnou

v konstrukci stroje, je náročná modifikace zadního krytování. V zadní části stroje, není totiž

dostatek prostoru pro uložení motoru.

4.1.3 HLAVNÍ KOMPONENTY

Značná část manipulační nástrojové jednotky se skládá z nakupovaných komponent, které

jsou dimenzovány pro tuto aplikaci. Hlavní částí je servomotor od firmy Siemens. Jedná se o

motor s označením SIMOTICS S-1FK7. Pro tento motor je výrobcem určen frekvenční měnič

SINAMICS S110. Motor roztáčí kuličkový šroub přes spojku Rotex GS 19 od výrobce KTR.

Kuličkový šroub a matice jsou voleny od firmy Bosch Rexroth. Použitý kuličkový šroub má

označení SN-R 12x10Rx2. Pro tento šroub je použita kuličková matice FEM-E-S 12x10Rx2-

2. Kuličkový šroub je uložen v ložiscích, které jsou určeny dle rozměrů konců kuličkového

šroubu a způsobu uložení. Hlavní axiální ložisko kuličkového šroubu je výrobcem značeno

LAN R159010600. Jedná se o axiálně radiální ložisko s děleným spodním kroužkem. Pojistná

matice ložiska je označena R344600104_1. Radiální ložisko na druhém konci kuličkového

šroubu je voleno taktéž od Bosch Rexroth s označením LAD R159060600. Na šroubu je

radiální ložisko zajištěno pojistným kroužkem, který je dodáván výrobcem k ložisku.

Manipulační nástrojová jednotka je vybavena snímačem pro měření a korekci nástrojů.

Snímač je produktem firmy Datron Technology, s.r.o. s označením Z-Nano. Používaný upínač

nástrojů HSK E25 DIN 69893 je výrobkem firmy HAIMER.

Obrázek 12 sestava manipulační nastrojové jednotky varianta 1(model z Pro/ENGINEEER)

BRNO 2015

23

KONCEPČNÍ NÁVRH

4.1.4 ZHODNOCENÍ KONSTRUKČNÍ VARIANTY

V případě tohoto uspořádání je velmi náročný přístup obsluhy pro servis nástrojů. Servis musí

být prováděn z přední části stroje, kde obsluha musí překonávat vzdálenost celého pracovního

prostoru, což není žádoucí. Servis lze provést i z boční strany stroje, kde obsluha však musí

demontovat boční plechový kryt. Realizování servisu tímto způsobem je časově náročné, což

by mělo negativní vliv na znovu uvedení stroje do chodu.

Z důvodu konstrukčních a servisních komplikací, není tato varianta řešení dostatečně

efektivní. Řešení manipulační nástrojové jednotky tímto způsobem není pro vertikální CNC

frézku SLV 300 výhodné.

4.2 VARIANTA 2.

Druhá navržená koncepce zařízení, vznikla pro možnost zvýšení kapacity zásobníku.

V důsledku zvýšené kapacity, narůstají značně zástavbové rozměry manipulační nástrojové

jednotky, a proto bylo nezbytné umístit podstatnou část zařízení mimo zástavbu stroje.

Manipulační nástrojová jednotka je umístěna v přední části stroje. Při výměně je zásobník

s nástroji přesouván na přesnou pozici výměny, která je v tomto případě definována

v prostoru před pracovním stolem. Samotná výměna nástroje probíhá v prostoru, který je

dobře viditelný. To umožňuje kvalitní vizuální kontrolu výměny ze strany obsluhy.


Konstrukce manipulační nástrojové jednotky počítá s kapacitou deseti nástrojů. Tato

nástrojová jednotka je vytvořena jako samostatný konstrukční celek. Navržená konstrukce je

montována jako samostatná sestava, která se umístí do stroje až po sestavení hlavních částí

CNC vertikální frézky. Tento postup montáže je umožněn vhodnými úpravami stroje.

Základní částí celé konstrukce manipulační nástrojové jednotky je nosný rám. Ten slouží

k uložení hlavních komponent manipulační nástrojové jednotky. Na nosném rámu jsou

zhotoveny přesné dosedací plochy pro uložení pohonu, ložiskových domků a vedení.

V horním rámu jsou vytvořeny drážky pro kotvení k základnímu rámu CNC vertikální frézky.

Pro přesné ustavení polohy manipulační nástrojové jednotky je rám opatřen stavěcími šrouby,

které umožňují přesné finální ustavení celé manipulační nástrojové jednotky vůči stroji. Pro

případ nerovné podložky, jsou ve stojanu rámu umístěny stavitelné patky. Pohyb zásobníku

Obrázek 13 manipulační nástrojová jednotka v přední části stroje (model z Pro/ENGINEER)

BRNO 2015

24

KONCEPČNÍ NÁVRH

nástrojů je řešen pomocí elektromotoru a kuličkového šroubu. Převod mezi motorem a

šroubem je realizován pomocí řemenového převodu. Řemenice na hřídeli motoru je zajištěna

pomocí svěrného pouzdra a řemenice na kuličkovém šroubu s využitím kotoučového pera.

Sestava kuličkového šroubu se skládá ze šroubu a matice. Tato sestava je uložena v ložiscích,

která jsou určena dle použitých konců kuličkového šroubu. Pro ložiska jsou navrženy

ložiskové domky, které slouží ke kotvení celé sestavy kuličkového šroubu do rámu stroje.

Ložiskové domky jsou opatřeny drážkami, které umožní při montáži ustavení celé sestavy

kuličkového šroubu do požadované polohy. Nezbytnou součástí sestavy kuličkového šroubu

je teleskopický kryt šroubu. Ten chrání šroub před třískami. Přenos pohybu z kuličkové

matice na zásobník nástrojů je konstruován s využitím unašeče. K unašeči jsou připojeny saně

uložené na lineárním vedení, které nesou samotný zásobník nástrojů. Vodící lišty lineárního

vedení se používají v kombinaci T+U. Jedna vodící lišta je pevná označená výrobcem jako X-

Rail Tex-20 a druhá kompenzační, značená UEX-20. Pro ochranu lineárního vedení proti

vniknutí třísek jsou použity pásové kartáče, které zakrývají prostor vedení. Zásobník nástrojů

je doplněn o plechovou clonu, která v nulové poloze zásobníku odděluje pracovní prostor

stroje od servisního prostoru manipulační nástrojové jednotky a zabraňuje úniku třísek

z pracovního prostoru stroje. Podstatná část manipulační nástrojové jednotky, ležící vně

zástavby stroje. Důležitým konstrukčním celkem této varianty je krytování manipulační

nástrojové jednotky. Krytování zabraňuje přímému kontaktu obsluhy s pohyblivými částmi

zařízení. Kryty jsou důmyslně navrhnuty s ohledem na jednoduchou montáž. Uchycení krytů

je realizováno pomocí šroubů. Kotví se k rámu manipulační nástrojové jednotky a pro dobré

utěsnění celého manipulačního prostoru jsou přichyceny ke krytům stroje. Z důvodu snadného

přístupu k zásobníku nástrojů, je horní kryt otvíratelný. Z bezpečnostních důvodů je opatřen

elektromechanickým bezpečnostním snímačem, který je při manipulaci se zásobníkem

uzamčený. Spodní kryty jsou konstruovány s větracími otvory pro dobrou cirkulaci vzduchu

v prostoru motoru.


Tato varianta způsobí zásah do konstrukčních celků stávajícího stroje. Zejména úprava krytů,

a lineárního vedení „ose Y“. Prodloužené vedení cca o 35 mm vyžaduje použití delších

kuličkových šroubů. Vnější krytování stroje musí být upraveno pro průchod zásobníku

nástrojů do výměnné polohy. Je nezbytné zhotovení otvoru v krytu z boční strany stroje.

Spodní kryt rámu stroje, který je původně navržen z jednoho kusu, musí být rozdělen na dva

Obrázek 14 sestava manipulační nástrojové jednotky varianta 2 (model z Pro/ENGINEER)

BRNO 2015

25

KONCEPČNÍ NÁVRH

samostatné kryty. Tato úprava je nezbytná pro zajištění snadné montáže spodního krytu.

Zhotovený otvor v krytování, musí být opatřen plechovým límcem, ke kterému je možno

montovat vnější krytování manipulační nástrojové jednotky. Na základním rámu stroje, není

třeba provádět zásadních konstrukčních změn. V rámu jsou pouze zhotoveny závity pro

šrouby, kterými je rám manipulační nástrojové jednotky spojen se základním rámem stroje.


Manipulační nástrojová jednotka je konstruována s využitím servomotoru od výrobce

Siemens s označením SIMOTICS S-1FK7. Pro tento motor je výrobcem určen frekvenční

měnič SINAMICS S110. Kuličkový šroub je nakupovaná komponenta od výrobce Bosch

Rexrot. Šroub s označením SN-R 12x10Rx2. Pro tento šroub je použita kuličková matice

FEM-E-S 12x10Rx2-2. Ochrana kuličkového šroubu proti třískám je zabezpečena

teleskopickou pružinou typu 25-750-50, která je výrobkem firmy Hestego. Kuličkový šroub je

uložen v ložiscích, které jsou stanoveny dle rozměrů konců kuličkového šroubu a způsobu

uložení. Ložiska, pojistná matice a pojistný kroužek ložiska jsou použity od výrobce Bosch

Rexroth. Výrobce dodává tyto komponenty k nakupovanému šroubu. Označení hlavního

ložiska je LAN R159010600. Jedná se o axiálně radiální ložisko s děleným spodním

kroužkem. Pojistná matice ložiska je značena R344600304_1. Radiální ložisko výrobce značí

R341400206_1. Na šroubu je toto ložisko zajištěno pojistným kroužkem R341073600_1.

Převod mezi motorem a kuličkovým šroubem je realizován s využitím ozubeného řemene.

Řemen PowerGrip HTD a řemenice jsou konstruovány dle výrobce Walter Flender Group. K

uchycení řemenice na hřídeli motoru je využito svěrné pouzdro TLK300 od firmy Tollok.

Řemenice je spojena na konci kuličkového šroubu kotoučovým perem a zajištěna maticí.

Manipulační nástrojová jednotka je vybavena snímačem pro korekci a kompenzaci nástrojů.

Snímač Z-Nano od firmy Datron Technology, s.r.o. Pro zajištění bezpečnosti je horní

otevírací kryt opatřen elektromechanickým bezpečnostním spínačem NZ, VZ od firmy

Euchner.


Použití druhé varianty koncepčního návrhu manipulační nástrojové jednotky umožňuje

kapacitu desíti nástrojů. V důsledku vyšší kapacity zásobníku narůstají rozměry manipulační

nástrojové jednotky. Z toho důvodu je podstatná část umístěna vně zástavby CNC vertikální

frézky. Zásobník je při procesu obrábění v pozici mimo pracovní prostor. Tato pozice

zásobníku je velmi výhodná z hlediska servisu a vizuální kontroly výměny nástrojů. Lze bez

přerušení obráběcího procesu provést náhradu defektního nástroje. Dobrý servisní přístup i při

procesu obrábění eliminuje prostoj stroje, což je velká výhoda. Nevýhoda druhého

konstrukčního návrhu manipulační nástrojové jednotky je zvětšení celkové zástavby stroje. To

může být komplikace pro pracovní stanoviště s omezeným prostorem.

Konstrukční uspořádání druhého koncepčního návrhu přináší množství výhod. Vysoká

kapacita zásobníku nástrojů a velmi dobrý servisní přístup jsou vlastnosti, které toto

konstrukční řešení manipulační nástrojové jednotky velmi zvýhodňují. Tato varianta

konstrukčního řešení je pro užití na stroji SLV 300 výhodná.

BRNO 2015

26

KONCEPČNÍ NÁVRH

4.3 VARIANTA 3.

Jedná se o manipulační nástrojovou jednotku, která je uložena v přední části stroje. Umístění

manipulační nástrojové jednotky je přímo v pracovním prostoru stroje. Třetí konstrukční

varianta umožňuje kapacitu pěti nástrojů. Z důvodu omezeného prostoru v přední části stroje,

není možné pro tuto manipulační nástrojovou jednotku zvýšit kapacitu zásobníku nástrojů.


Konstrukční řešení třetí varianty manipulační nástrojové jednotky se liší od předchozích dvou

variant. Pro tuto koncepci byl zvolen způsob manipulace pomocí dvoucestného

pneumatického válce. V důsledku umístění manipulační nástrojové jednotky v přední části

stroje je tento druh pohonu nejlépe využitelný a to hlavně z důvodu omezeného prostoru pod

zásobníkem nástrojů. Pístnice pneumatického válce je se zásobníkem nástrojů spojena pomocí

pružné kulové spojky, která eliminuje montážní nepřesnosti. Pro přesné vedení zásobníku je

použito lineární vedení. Spojení zásobníku nástrojů s lineárním vedením je provedeno

prostřednictvím plechových držáků. Dojezd zásobníku na přesnou pozici výměny, je zajištěn

mechanickými dorazy. Mechanické dorazy jsou pro pneumatický pohon nezbytné. Při

vertikální dopravě s využitím pneumatického válce vznikají nepřesnosti polohování. Výrobce

uvádí pro zvolený pneumatický válec nepřesnost polohování cca +1,5 mm. Při dojezdu do

výměnné polohy se zásobník zastaví o mechanický doraz, na přesně určené pozici.

Manipulační nástrojová jednotka je opatřena horním krytem, který zamezuje vniku třísek do

prostoru zásobníku nástrojů. Otevření horního krytu je zajištěno silou pneumatického válce.

Zásobník je opatřen po stranách rolnami, které se při pohybu zásobníku odvalují po

připravených plochách na spodní straně horního krytu. Uzavírání horního krytu při pohybu

zásobníku směrem do nulové polohy zajišťují po stranách umístěné tažné pružiny. Horní kryt

je uchycen pomocí pantů k plechovému límci. Tento límec je navařen na nosném rámu stroje.

Plechový límec slouží také pro uchycení lineárního vedení a příruby pneumatického válce.

Obrázek 15 manipulační nástrojová jednotka varianta 3. (model z Pro/ENGINEER)

BRNO 2015

27

KONCEPČNÍ NÁVRH


Tato konstrukční varianta manipulační nástrojové jednotky vyžaduje úpravu na základním

rámu a stejně jako v obou předchozích variantách řešení, je nezbytná úprava „osy Y“.

Prodloužení lineárního vedení a použití nových kuličkových šroubů na této ose stroje. Na

základní rám je třeba navařit plechový límec, který zakryje celý prostor manipulační

nástrojové jednotky. K základnímu rámu stroje musí být přivařeny profily, které tvoří

podporu plechového límce ze strany určené pro kotvení vedení, pneumatického válce a

pevných dorazů. Úprava konstrukce rámu CNC vertikální frézky pro tento koncepční návrh je

velkou technologickou komplikací.


Třetí navržená varianta se liší od dvou předchozích variant hlavně použitým pohonem. Pro

tuto variantu byl zvolen pohon pneumatickým válcem od firmy Bosch Rexroth pneumatics.

Jedná se o dvojčinný pneumatický válec CLS-RD s průměrem pístu 20 mm, zdvihem 90 mm

a vysouvací silou 198 N. Pro montáž pneumatického válce je voleno příslušenství, jako

pružná kulová spojka PM5, připojovací příruba MS3 a spodní oko AB3. Lineární vedení pro

tuto manipulační nástrojovou jednotku X-Rail TEX-20 je použito od firmy Rollon. Panty

218_9003 určené k otevírání horního krytu manipulační nástrojové jednotky jsou zvoleny od

firmy Dirak. Manipulační nástrojová jednotka je vybavena snímačem pro měření a korekci

nástrojů. Snímač označený Z-Nano je výrobkem firmy Datron Technology, s.r.o.


Pro případ třetího koncepčního návrhu je poměrně komplikovaný přístup obsluhy pro servis

nástrojů. Servis musí být prováděn z přední části a to pouze při zastaveném stroji. Možnost

servisu pouze tímto způsobem, má za následek prostoj stroje, což snižuje produktivitu výroby.

Z důvodu nutných konstrukčních změn a servisních komplikací, není tato varianta řešení

dostatečně efektivní. Řešení manipulační nástrojové jednotky tímto způsobem není pro

vertikální CNC frézku SLV 300 výhodné.

Obrázek 16 sestava manipulační nástrojové jednotky varianta 3. (Pro/ENGINNER)

BRNO 2015

28

KONCEPČNÍ NÁVRH

4.4 VÝBĚR VHODNÉ VARIANTY ŘEŠENÍ

Jednotlivé varianty řešení manipulační nástrojové jednotky jsou posuzovány na základě změn

v konstrukci stávajícího zařízení a hlavním parametrem jsou výhody a nevýhody, které přináší

jednotlivé varianty z pohledu zákazníka. Při vyhodnocení všech těchto parametrů můžeme

zvolit jednu nejvhodnější konstrukční variantu řešení.

4.4.1 POSOUZENÍ Z HLEDISKA ZÁKAZNÍKA

Důležitým faktorem pro výběr vhodné varianty ze strany zákazníka je kapacita zásobníku

nástrojů a možnost komfortního servisu vyžadujícího minimální časovou náročnost. Vyšší

kapacita zásobníku nástrojů přináší možnost zvýšit počet operací prováděných CNC vertikální

frézkou SLV 300. Pro případ výměny opotřebeného nástroje, nebo kontroly pohybového

ústrojí manipulační nástrojové jednotky je komfortní přístup velmi důležitý. Z hlediska

kapacity je nejvýhodnější druhá varianta řešení manipulační nástrojové jednotky. Kapacita

zásobníku je deset nástrojů s upínačem HSK E25. Tato varianta řešení umožňuje komfortní

servisní přístup ke všem částem manipulační nástrojové jednotky. Výměnu opotřebeného

nástroje je možno provádět i při obráběcím procesu, což nezpůsobuje nežádoucí prostoj stroje.

4.4.2 ZÁSAHY DO STÁVAJÍCÍ KONSTRUKCE

Úprava konstrukce stroje je důležité kritérium pro volbu konstrukční varianty manipulační

nástrojové jednotky. Ze zpracovaných konstrukčních variant vyplývají nevyhnutelné změny

na stávající konstrukci stroje. Pro využití manipulační nástrojové jednotky pro automatickou

výměnu nástrojů, musí být prodloužen rozjezd „osy y“ ve všech případech. Nelze navrhnout

manipulační nástrojovou jednotku, která by neměla dopad na stávající konstrukci CNC

vertikální frézky SLV 300.

Z důvodu nejmenších změn na dosavadní konstrukci stroje, nejpohodlnějšího servisu a

nejvyšším počtu nástrojů, je volena druhá varianta řešení manipulační nástrojové jednotky.

BRNO 2015

29

VYBRANÁ KONSTRUKČNÍ VARIANTA

5 VYBRANÁ KONSTRUKČNÍ VARIANTA

5.1 PODROBNÝ POPIS KONSTRUKČNÍHO ŘEŠENÍ

Konstrukce zvolené manipulační nástrojové jednotky se skládá z několika hlavních

konstrukčních celků. Dílčí sestavy jsou popsány pro přiblížení vhodného finálního řešení

manipulační nástrojové jednotky.

5.1.1 SESTAVA RÁMU

Rám manipulační nástrojové jednotky zajišťuje stabilitu celého zařízení. Celek rámu je

konstruován jako sestava tří hlavních svařovaných částí. Spojení hlavních částí je realizováno

pomocí šroubů. Dále jsou do sestavy rámu přidány stavitelné patky a ložisková příruba.

Obrázek 17 funkce manipulační nástrojové jednotky ve stroji (1. zásobník v nulové poloze, 2. pohyb

zásobníku do výměnné polohy, 3. zásobník ve výměnné poleze – 4. upnutí nástroje (upínače), 5.

odebrání nástroje (upínače), 5. korekce (měření) nástroje, 6. zásobník v nulové poloze – pracovní

proces stroje) (Pro/ENGINEER)

Obrázek 18 sestava rámu (1- ložisková příruba, 2- horní rám, 3- spodní rám, 4- stojina, 5- stavitelná

patka) (Pro/ENGINEER )

BRNO 2015

30


HORNÍ RÁM

Horní část sestavy rámu tvoří svařovaný rám Tento díl sestavy rámu je svařen z ohnutého

plechu o síle stěny 4mm. Z důvodu zvýšení tuhosti je horní rám vyztužen ložiskovou

přírubou, která jednak plní funkci ztužujícího žebra a současně slouží k uchycení ložiskového

domku radiálního ložiska kuličkového šroubu.

Horní rám tvoří důležitou část celé sestavy rámu manipulační nástrojové jednotky. Horního

rámu je užíváno k montáži lineárního vedení, pásových kartáčů (viz kapitola 5.1.7 obr. 39), a

pevných havarijních dorazů. V boční stěně ohnutého profilu jsou vyfrézovány svislé drážky

pro kotvení k základnímu rámu stroje. S využitím svislých drážek je při montáži manipulační

nástrojové jednotky na stroj umožněno ustavení nástrojové jednotky do přesné polohy vůči

pracovnímu stolu. Ve spodní stěně profilu jsou vyvrtány otvory s navařenými maticemi, které

slouží pro spojení horního rámu se spodním rámem. Část horního rámu umístěná v pracovním

prostoru, je opatřena o stavěcí šrouby. Prostřednictvím stavěcích šroubů je celá sestava

ustavována do roviny s pracovní deskou stroje. Horní rám je užíván i pro uchycení krytování

manipulační nástrojové jednotky. (viz obr. 18).

SPODNÍ RÁM

Spodní rám (viz obr. 18) je svařen ze základní desky, podstavy, dvou horních plechů a

podpěrných „L“ profilů. Funkční plochy rámu jsou obráběny až po svaření z důvodu zajištění

požadovaných geometrických tolerancí. Obrobené dosedací plochy slouží pro uložení

motorové desky a ložiskového domku axiálně radiálního ložiska sestavy kuličkového šroubu.

Horní dosedací plocha svařované sestavy je obráběna z důvodu přesného uložení horního

rámu. V podstavě spodního rámu je vyvrtán otvor pro stavěcí šroub, kterým se provádí

napínání řemene řemenového převodu.

STOJINA

Stojina je konstruována jako svařovaná sestava. Stojina je svařena z horního plechu a

čtvercových profilů. Použitý čtvercový profil je běžně dostupný ze sortimentu firmy Ferona,

a.s. Ze spodní strany čtvercových profilů jsou navařeny plechy, do nichž je po svaření

zhotoven závit, pro připojení stavitelných patek. Patky umožňují eliminovat případné

nerovnosti podložky, na niž je stroj ustaven. (viz obr. 18)

5.1.2 SESTAVA LINEÁRNÍHO VEDENÍ

Pro přesné vedení zásobníku nástrojů je manipulační nástrojová jednotka opatřena lineárním

vedením od firmy Rollon. Pro toto konstrukční řešení lineárního vedení se používá

kombinace dvou vedení T+U. Jedna lišta vedení je fixní a druhá kompenzační. Tato

kombinace se užívá z důvodu drobných geometrických nepřesností ploch, na které jsou

lineární vedení montována.

Výrobce Rollon uvádí provozní parametry lineárního vedení. Pro vedení je stanoveno

přípustné provozní zrychlení 2 ms-2

a rychlost 1,5 ms-1

. [9]

BRNO 2015

31


FIXNÍ LIŠTA

Fixní lišta X-Rail TEX-20-CEX20 (viz obr. 20) lineárního vedení zajišťuje přesné vedení

vozíku bez možnosti vychýlení. Je schopna přenášet zatížení ve dvou směrech. Označení TEX

udává druh materiálu vodící lišty (TEX=korozivzdorná ocel)

Lišty lineárního vedení jsou dodávány firmou Rollon v standardních délkách. Pro

manipulační nástrojovou jednotku je ze standardní řady volena lišta o délce 960 mm.

Tabulka 3 rozměry lišty TEX 20 [9]

typ vedení velikost A

[mm] B

[mm] C

[mm] D

[mm] E

[mm] F

[mm] G

[mm] H

[mm] díry pro šrouby

TEX 20 19,2 10 2 7 3 7 5 2 M4

Obrázek 19 sestava lineárního vedení (Pro/ENGINEER)

Obrázek 20 fixní lišta TEX-20-CEX20 [9]

Obrázek 21 geometrické rozměry lišty TEX [9]

BRNO 2015

32


KOMPENZAČNÍ LIŠTA

Kompenzační lišty lineárního vedení se do sestavy umisťují z důvodu vyvážení výrobních

nepřesností. Dovolená odchylka rolny od předepsaného uložení v liště lineárního vedení je

±0,6 mm [10]. Volená kompenzační lišta je typu UEX-20-CEXU20 (viz obr. 22). Označení

UEX udává druh materiálu (UEX=korozivzdorná ocel)

Stejně jako u předchozího typu lišty TEX, existuje pro danou lištu UEX standardizovaná řada

délek. Je volena lišta se stejnou délkou jako v předešlém případě 960 mm.

Tabulka 4 rozměry lišty UEX [9]

typ vedení

velikost A [mm] B [mm] C [mm] E [mm] F [mm] G [mm] H [mm] díry pro šrouby

UEX 20 20,5 11 3 5,5 7 5 2 M4

PŘIPOJOVACÍ ŠROUBY VEDENÍ

K uchycení lineárního vedení k rámu manipulační nástrojové jednotky je výrobcem

doporučeno použití speciálního typu šroubů. Lišty lineárního vedení jsou montovány z vnitřní

strany. Používají se šrouby s velmi nízkou hlavou, aby nedocházelo ke kontaktu mezi hlavou

šroubu a rolnou vozíku.

Firmou Rollon je doporučeno použití šroubů dle ISO 7380 s nízkou hlavou nebo šrouby typu

TORX (viz obr. 24). [9]

Obrázek 22 kompenzační lišta UEX-20-CEXU20 [9]

Obrázek 23 geometrické rozměry lišty UEX [9]

BRNO 2015

33


Tabulka 5 parametry šroubu [9]

velikost vedení

typ šroubu

d D [mm] L [mm] K [mm] S utahovací

moment [Nm]

20 M4x8 M4x0,7 3 5,5 7 T20 3

ROLNA

Rolny pro stanovené typy lineárního vedení jsou produktem firmy Rollon. Na jednom vozíku

lineárního vedení jsou použity tři rolny. Dvě rolny soustředné a jedna excentrická rolna

umístěná ve střední části vozíku. Pro fixní lineární lištu jsou předepsány rolny s označením

CRNX a CRAX (viz obr. 25-1). Pro kompenzační je označení rolen CPNX a CPAX (viz. Obr.

25-2). Touto kombinací je umožněno lepší rozložení napětí na liště lineárního vedení, což má

pozitivní vliv na životnost vedení.

Tabulka 6 rozměry rolny dle výrobce Rollon [9]

typ rolny

A B C D E F G

[mm] [mm] [mm] [mm] [mm] [mm]

CRNX20 14 8,7 6 6 - M4 1,8

CRAX20 14 8,7 6 6 0,5 M4 1,8

CPNX20 14 7,35 5,5 6 - M4 1,8

CPAX20 14 8,7 6 6 0,4 M4 1,8

Obrázek 24 geometrické rozměry doporučeného šroubu [9]

Obrázek 25 rolny vozíků lineárního vedení (1. fixní, 2. kompenzační) [9]

BRNO 2015

34


5.1.3 SESTAVA ZÁSOBNÍKU NÁSTROJŮ

Velkou předností tohoto konstrukčního řešení manipulační nástrojové jednotky je kapacita

zásobníku nástrojů. Zásobník nástrojů je navržen s kapacitou deseti nástrojů s upínacím

kuželem HSK E25 (viz obr. 26). Hlavní části zásobníku nástrojů tvoří sestava boxu, sestava

nástrojové desky a vložené upínače s nástroji.

SESTAV BOXU

Základní částí zásobníku nástrojů je box, který je svařen z plechu o síle 3mm. Ve vnitřním

prostoru boxu je navařen plech, který slouží k uchycení snímače Z-Nano, pro měření a

korekci nástroje. Pro uchycení nástrojové desky, jsou z vnitřní strany boxu namontovány lišty

s předvrtanými závitovými otvory. Ze strany boxu orientované směrem k pracovnímu

prostoru stroje, je namontována plechová clona, která při dojezdu do nulové polohy zajíždí

pod krytování stroje. Plechovou clonou je oddělen prostor zásobníku v nulové poloze od

pracovního prostoru stroje. Tím je zajištěna ochrana proti vniknutí třísek do zásobníku

nástrojů. Ve dně boxu jsou vyvrtány otvory pro šrouby, kterými je celá sestava boxu

uchycena k saním manipulační nástrojové jednotky.

SESTAVA NÁSTROJOVÉ DESKY

Sestava nástrojová desky je složena z hliníkové desky a držáků nástrojů. Deska je obráběna

z jednoho kusu ze slitiny hliníku (3.3547 (AlMg4,5MnW28)). Slouží pro uchycení držáků

nástrojů. Držáky jsou vyráběny z plastového materiálu voleného od firmy Murtfeld. Držáky

nástrojů jsou uchyceny k nástrojové desce pomocí šroubů. Upínač HSK E25 je v tomto

držáku uložen s vůlí, z důvodu kompenzace případných nepřesností, které mohou vzniknout

při manipulaci se zásobníkem. (řádově desetiny milimetru).

UPÍNAČ HSK E25

Upínače HSK E25 jsou konstruovány pro malé řezné síly. Použití v oblasti obrábění hliníku,

plastů a dřeva. V zásobníku nástrojů je uloženo deset upínačů HSK E25. Pro možnost využití

různých typů nástrojů, jsou voleny upínače pro nástroje s průměrem upínací stopky v rozmezí

tři až deset milimetrů. Limitní délka použitého nástroje je 110 mm o maximálním průměru

břitu 20 mm. Stopka nástroje je v upínači zajištěna s užitím pojistného šroubu, nebo kleštiny.

Obrázek 26 sestava zásobníku nástrojů (1.box, 2.nástrojová deska, 3.držák upínače, 4.upínač, 5.Z-Nano,

6.plechová clona) (model z Pro/ENGINEER)

BRNO 2015

35


5.1.4 SESTAVA KULIČKOVÉHO ŠROUBU

KULIČKOVÝ ŠROUB

Kuličkový šroub je nakupován od firmy Bosch Rexroth. Pro manipulační nástrojovou

jednotku je volen kuličkový šroub standardní řady SN-R s označením 12x10Rx2

s tolerančním stupněm T5. Značení šroubu (12 vnější průměr závitu kuličkového šroubu, 10

výška stoupání kuličkového, R značí orientaci závitu - pravotočivý závit, 2 průměr kuličky

uložena v kuličkové matici). Všechny číselné hodnoty ve znaku kuličkového šroubu jsou

uváděny v milimetrech. Pro výrobu kuličkových šroubů SN-R je používán materiál 14 240.

Závity kuličkového šroubu jsou vyráběny technologií válcování, přičemž celá závitová část je

kalena na tvrdost 60 HRC a následně je závit broušen.

Zvolený šroub je zkontrolován dle výpočtů daných výrobcem Bosch Rexroth v kombinaci

s německou normou DIN ISO 3408-5 (viz kapitola 5.2).

Tabulka 7 parametry zvoleného kuličkového šroubu [8]

d0xPxDw T5 d1 [mm] d2 [mm] maximální délka [mm]

standard na požádání

12x10Rx2 R1531 495 00 19 16,9 1500 2500

Obrázek 28 parametry zvoleného kuličkového šroubu [8]

Obrázek 27 sestava kuličkového šroubu (1.kuličkový šroub SN-R, 2.kuličková matice FEM-E-S ,

3.ložisko LAN, 4.ložisko LAD, 5.ložiskový domek, 6.lužiskový domek, 7.unašeč, 8.teleskopická pružina)

(model z Pro/ENGINEER)

BRNO 2015

36


Šrouby SN-R jsou v základní řadě vyráběny do maximální délky 1500 min (viz tab. 7). Pro

konstrukční řešení manipulační nástrojové jednotky je volen šroub s délkou 818 mm, což

s rezervou spadá do standardní řady vyráběných šroubů.

Důležité části kuličkového šroubu tvoří jeho zakončení. Konce kuličkového šroubu určuje

způsob uložení šroubu. Výrobce Bosch Rexroth uvádí několik forem vyráběných konců

kuličkových šroubů. Pro konec kuličkového šroubu určený k uložení axiálního ložiska

v přední části zařízení je z katalogu volena forma 81 (viz obr 29). Z konstrukčních důvodů je

třeba zvolený konec kuličkového šroubu opatřit o drážku pro kotoučové pero a závit na

malém průměru (D2). Tato úprava je nutná pro zajištění hnané řemenice.

Tabulka 8 rozměry konce kuličkového šroubu pro formu 81[8]

forma d0 P Ljf D1 h6 L1 D2 h7 L2 G1 LG1

81 12 2/5/10 40 6 14 5 16 M6x0,5 10

rozměry [mm]

Pro určenou formu 81 konce kuličkového šroubu doporučuje výrobcem axiálně radiální

ložisko s těsněním. Tento typ ložiska je zajišťován na konci kuličkového šroubu s využitím

pojistné matice. Využívá se matice s jemným stoupáním závitu. Pojistná matice pro ložisko je

výrobcem značena R344600304_1.

Pro druhý konec kuličkového šroubu je z katalogu Bosch Rexroth vybráno zakončení, které je

konstruováno pro uložení jednořadého radiálního ložiska. Zvolená forma 41(viz Obr. 30)

určuje rozměry dosedací plochy pro ložisko a uvádí vzdálenost a rozměr drážky určené pro

pojistný kroužek. Tento konec kuličkového šroubu leží v pracovním prostoru stroje, kde je

ložisko vystaveno třískám vznikajícím při obrábění. Pro ochranu a delší životnost doporučuje

Bosch Rexroth využití ložiska s těsněním.

Obrázek 29 konec kuličkového šroubu (forma 81) [8]

BRNO 2015

37


Tabulka 9 rozměry konce kuličkového šroubu pro formu 41[8]

forma d0 P D1 j6 Ljl L4 S1 ST1 LS1 H13

41 12 2/5/10 6 8 6 5.7 h10 0,8

rozměry [mm]

KULIČKOVÁ MATICE

Kuličková matice je určena v závislosti na rozměru kuličkového šroubu. Pro kuličkový šroub

je volena matice s přírubou s označením FEM-E-S R153249013 (viz obr. 31). Zvolená matice

má rozměry dle použitého kuličkového šroubu 12x10Rx2-2. Označení je stejné jak pro matici,

tak i pro kuličkový šroub (viz kuličkový šroub). Označení kuličkové matice se liší pouze o

hodnotu za pomlčkou, která udává počet chodů zavitu v matici. Volená kuličková matice pro

manipulační nástrojovou jednotku je na šroubu umístěna bez předpětí. Předepjaté matice jsou

užívány pouze pro vyšší přesnost polohování a stabilnější chod matice při velkém zatížení.

Předepnutí ovlivňuje opotřebení závitů a valivých elementů. Předepnutím je snížena celková

životnost sestavy matice a šroubu.

Tabulka 10 technické parametry matice[8]

d0xPxDw-i matice únosnost [N] max. rychlost

dyn. C stat. C0 vmax [mmin-1]

12x10Rx2-2 R1532 490 13 2500 3600 60

Obrázek 30 konec kuličkového šroubu (forma 41) [8]

Obrázek 31 kuličková matice FEM-E-S [8]

BRNO 2015

38


Mazání kuličkové matice:

Zajištění správného mazání je zásadní pro kvalitní a bezporuchový chod kuličkového šroubu a

matice. Pro volenou velikost kuličkové matice výrobce nenabízí předřazenou mazací patronu.

Z toho důvodu je matice pro kvalitní mazání plněna tukovou náplní. Pro provozní podmínky s

nízkým zatížením a provozními teplotami v rozmezí (-20 až +80 C˚), je výrobcem

doporučeno použití tukové náplně s označením NLGI třídy 00, nebo Dynalube 520. S užitím

tohoto mazacího media, je stanovena provozní doba, po kterou náplň spolehlivě vydrží a

zajistí kvalitní mazání celé soustavy.

Pro kuličkovou matici s průměrem menším než 40 mm a stoupáním závitu 10 mm, je

stanovena trvanlivost náplně na počet otáček (n=50·106, s=500 km). [8]

Kuličková matice 12x10x2-2 je plněna tukovou náplní přes maznici. Výrobcem uváděné

množství maziva je pro doplnění již používané matice (0,3 g). Při prvním mazání je třeba

aplikovat dvojnásobek této stanovené hmotnosti. [8]

LOŽISKA KULIČKOVÉHO ŠROUBU

Ložiska kuličkového šroubu jsou určena dle konstrukce konců šroubu. Obě použitá ložiska

jsou nakupována od výrobce Bosch Rexroth přímo s kuličkovým šroubem. Uložení

kuličkového šroubu je konstruováno s jedním dvouřadým axiálně radiálním ložiskem LAN

R159010600 a jedním radiálním ložiskem LAD R159060600 (viz. obr. 30). Z důvodu funkce

ložisek v obráběcím stroji, kde jsou vystavena nepříznivému pracovnímu prostředí, je

nezbytné použití ložisek s těsněním. Tím je zajištěna ochrana valivých elementů proti

vniknutí třísek.

LOŽISKOVÉ DOMKY

Ložiskové domky jsou vyráběné součásti sloužící ke spolehlivému uložení celé sestavy

kuličkového šroubu na rám manipulační nástrojové jednotky. Ložiskový domek radiálního

ložiska je opatřen drážkami pro šrouby. Ložiskový domek axiálního ložiska je konstruován

pouze se závitovými otvory. Drážky pro ustavení tohoto domku jsou z důvodu snazší montáže

zhotoveny na dosedací ploše spodního rámu. Prostřednictvím drážek je možné ustavení

sestavy kuličkového šroubu do přesné polohy vůči lineárnímu vedení manipulační nástrojové

jednotky. Ložiskový domek axiálního ložiska je opatřen závitovými otvory, sloužící pro

montáž víčka, které pevně zajišťuje ložisko v ložiskovém domku.

Obrázek 32 použitá ložiska (1.axiálně radiální ložisko LAN, 2.radiální ložisko LAD) [8]

BRNO 2015

39


UNAŠEČ

Unašeč je vyráběná součást z hliníkové slitiny (3.3547 (AlMg4,5MnW28)). Touto

komponentou je zajištěno přenášení pohybu z kuličkové matice na saně a následně na

zásobník nástrojů. V unašeči je obrobena dosedací plocha se závitovými otvory a to z důvodu

uložení kuličkové matice. Kuličková matice je s tělesem unašeče spojena šesti šrouby. Ze

strany orientované směrem do pracovního prostoru je k unašeči připojena příruba teleskopické

pružiny (viz obr. 33).

TELESKOPICKÁ PRUŽINA

Teleskopická pružina je důležitou komponentou sestavy kuličkového šroubu. Chrání část

kuličkového šroubu uloženou v pracovním prostoru stroje. Část kuličkového šroubu

v pracovním prostoru je vystavena třískám vznikajícím při procesu obrábění. Pro uložení

teleskopické pružiny jsou na obou jejich koncích umístěny jednoduché centrovací příruby.

Základní rozměry centrovací příruby jsou stanoveny výrobcem (viz obr. 33). Vnitřní rozměry

příruby musí umožnit volný pohyb pružiny, aby nedocházelo k zadírání. Pružina se v přírubě

při stlačování a roztahování otáčí. V důsledku toho nesmí být s přírubami pevně spojena.

Teleskopická pružina je volena ze standardizované řady výrobků firmy Hestego.

Tabulka 11 rozměry použité teleskopické pružiny [13]

typ SD [mm] ID [mm] AD [mm] Lh [mm] BB [mm]

25-750-50 21 25 47 690 50

Obrázek 33 teleskopická pružina Hestego (IF-vnitřní průměr centrovací příruby (ID - 2mm), ID-

vnitřní průměr spirálové pružiny, SD-maximální vnější průměr krytého dílu, AD-vnější průměr

spirálové pružiny, AF-vnitřní průměr centrovací příruby velké (AD + 4mm), Lh-maximálníroztažení

při horyzontálním použití) [13]

BRNO 2015

40


5.1.5 SESTAVA MOTORU A ROZVODU

MOTOR

Kuličkový šroub je poháněn servomotorem s polohovým odměřováním. Servomotor je

produktem firmy Siemens s označením SIMOTICS S-1FK7015. Pro tento motor je výrobcem

určen frekvenční měnič SINAMICS S110. Servomotor je volen na základě potřebného

výkonu a točivého momentu. Tyto návrhové parametry vycházejí z výpočtu kuličkového

šroubu (viz kapitola 5.2). Pracovní vytížení manipulační nástrojové jednotky je pouze cca

10% z celkového pracovního času CNC vertikální frézky, z toho důvodu je dostačující

servomotor s přirozeným chlazením. Nedochází k dlouhodobému zatěžování motoru.

DESKA MOTORU

Deska motoru je vyráběná součást, která slouží k uchycení motoru. Motorová deska je

uložena na obrobené ploše spodního rámu manipulační nástrojové jednotky. K uchycení

desky ke spodnímu rámu jsou použity čtyři šrouby. Vyfrézované dlouhé drážky v motorové

desce umožňují pomocí stavěcího šroubu správné napnutí ozubeného řemene. Konečná

poloha je pak zafixována maticí na stavěcím šroubu. (viz obr. 34).

ŘEMEN

Řemen je nakupovaná komponenta od výrobce Walter Flender Group. Pro převod je volen

neoprenový ozubený řemen PowerGrip HTD s roztečí zubů 3 mm a šířkou řemene 6 mm (viz.

Obr. 35). Pro tento řemen udává výrobce dovolenou provozní sílu 92 N, což je pro převod

manipulační nástrojové jednotky s rezervou splněno. Délka řemene pro převod je volena ze

standartní řady řemenů. Pro navržený převod je volen řemen o délce 345 mm s počtem zubů

115.

Obrázek 35 řemen PowerGrip HTD [10]

Obrázek 34 sestava motoru a rozvodů ( 1.motor, 2.motorová deska, 3.řemen, 4.malá řemenice, 5.velká

řemenice, 6.stavěcí šroub) (model z Pro/ENGINEER)

BRNO 2015

41


MALÁ ŘEMENICE

Malá řemenice je uložena na hřídeli motoru. Spojení řemenice s hřídelí motoru je

konstruováno pomocí svěrného pouzdra TLK 300. Řemenice je volena ze standardního

sortimentu výrobce Walter Flender Group pro řemen PowerGrip HTD. Navrženému převodu

(viz kapitola 5.2.12) odpovídá řemenice s počtem zubů 36. Malá řemenice je opatřena

bočními přírubami, které zamezují spadnutí řemene.

Pro převodové poměry do 1:3 a osové vzdálenosti nižší než stonásobek tloušťky řemene je

dostačující boční příruba (viz obr. 36) pouze u malé řemenice.[10]

Tabulka 12 rozměry boční příruby [10]

rozteč 3 mm

počet zubů A [mm] B [mm] C [mm] s [mm]

35-37 30 35 41 1

VELKÁ ŘEMENICE

Velká řemenice je uložena na konci kuličkového šroubu. Přenos točivého momentu z

řemenice na kuličkový šroub je řešen pomocí kotoučového pera. Kotoučové pero je voleno

z důvodu malého průměru konce kuličkového šroubu. Řemenice je zajištěna na konci

kuličkového šroubu pomocí matice a pružné podložky se čtvercovým průřezem. Velká

řemenice je volena od výrobce Walter Flender Group pro řemen PowerGrip HTD s počtem

zubů 60. Pro převodový poměr (viz kapitola 5.2.12), není nutné užití konstrukce s boční

přírubou.

SVĚRNÉ HŘÍDELOVÉ SPOJENÍ

Přenos točivého momentu z hřídele motoru na malou řemenici je konstruován s využitím

svěrného spojení TLK 300 od firmy Tollok. Svěrné hřídelové spojení se volí dle vnějšího

průměru hřídele a přenášeného točivého momentu. Výrobcem jsou předepsány výrobní

úchylky a drsnosti povrchů (hřídele a náboje), které musí být dodrženy pro správnou funkci

svěrného spojení. (viz obr. 37)

Maximální drsnost povrchu Ra=0,8 µm. Svěrná hřídelová spojení pro hřídele do průměru 40

mm (dovolená úchylka plochy h6 – na hřídeli, H7 – na náboji) [17].

Obrázek 36 boční příruba [10]

BRNO 2015

42


Tabulka 13 rozměry použitých svěrných hřídelových spojek [17]

rozměry celk. síla

točivý moment

axiál. síla

vzdálenost W před

utáhnutím

dist. kroužek měrný tlak

vnitřní vnější hřídel náboj

dxD B L1 Pa Mt Fa 1 d1 D1 pw pn

[mm] [mm] [mm] [N] [Nm] [N] [mm] [mm] [mm] [MPa] [MPa]

8x11 4,5 3,7 5300 5 1,17 2,5 8,1 10,9 120 90

Pro standardní řadu svěrných hřídelových spojení jsou výrobcem Tollok předepsány

charakteristické technické parametry (viz tab. 13). Svěrná spojení (pouzdra) musí být

předepnuta silou (Pa), pro vyvolání únosného točivého momentu (Mt) a axiální síly (Fa).

Výrobce uvádí několik základních parametrů pro správnou konstrukci svěrného spoje. Tyto

parametry je třeba ověřit výpočtem. Základní uvedené parametry jsou, maximální rozteč

šroubů na náboji, minimální tloušťka příruby, minimální průměr náboje a počet šroubů

potřebných k dotažení příruby.

Maximální rozteč šroubů (pouzdro 8x11 mm): (viz [16] str. 18)

12 [mm]

11 12 4 [mm]

27 mm

kde:

[mm]...maximální rozteč šroubů

[mm]...vnější průměr svěrného pouzdra (viz tab. 13)

[mm]...průměr šroubu (použitý šroub M4)

g

g

l D d

l

l

l

D

d

(1)

Obrázek 37 svěrné hřídelové spojky TLK 300 (ϕl – rozteč šroubů, Sf – tloušťka příruby, W – vzdálenost

před utažením šroubů, ϕDM – minimální průměr náboje) [17]

BRNO 2015

43


Minimální tloušťka příruby (pouzdro 8x11 mm): (viz [16] str. 18)

1,3 [mm]

4 1,3 [mm]

5,2 mm

kde:

[mm]...minimální tloušťka příruby (při použití šroubů pevnostní třídy 8.8)

f g

f

f

f

S d

S

S

S

(2)

Počet šroubů potřebných k dotažení příruby (pouzdro 8x11 mm): (viz [16] str. 18)

[-]

[-]

1,4

kde:

[-]...počet šroubů určených k utažení příruby

[N]...celková axiální síla (viz tab. 13 )

=3900 [N]...axiální síla ve svěrném spojení vyvolaná jedním šroubem

(výro

a

v

a

v

a

v

Px

P

Px

P

x

x

P

P

bce Tollok předepisuje hodnotu axiální síly P pro šroub (M4 pevnostní třídy 8.8))v

(3)

Pro rovnoměrné utažení příruby musí být použito minimálně dvou šroubů. Z důvodu použití

řemenice z hliníkové slitiny 3.2315 (AlSi1MgMn) je nezbytná kontrola dovoleného tlaku

v závitech a stanovení utahovacího moment (viz kapitola 5.3.1)

Minimální průměr náboje (pouzdro 8x11 mm): (viz [16] str. 18)

Pro výpočet minimálního průměru, je třeba znát mez kluzu materiálu, který je použit pro

konstrukci náboje. Dalším parametrem je konstanta zohledňující typ použití svěrného spojení.

Při použití svěrných pouzder Tollok je výpočet minimálního průměru náboje proveden

s využitím stejné konstanty, jako pro široké duté náboje.[17] Řemenice jsou konstruovány

z materiálu 3.2315 (AlSi1MgMn) která má předepsanou mez kluzu Re=260MPa. [16]

02

02

02

( ) [-]

( )

1,435

kde:

[ ]...konstanta pro určení minimálního průměru náboje

=Re [MPa]...mez kluzu materiálu

[MPa]...měrný tlak na náboj (viz tab. 13)

[-]...konstanta zohledňuj

n

n

n

C pK

C p

K

K

p

C

ící typ použití svěrného spojení

(4)

BRNO 2015

44


[mm]

11 1,435 [mm]

15,783 mm

kde:

[mm]...minimální průměr náboje

DM D K

DM

DM

DM

(5)

Malá řemenice na motoru je volena s počtem zubů 36. Pro tento počet zubů je výrobcem

určen rozměr náboje o velikosti 26 mm. [10]

5.1.6 SESTAVA KRYTOVANÍ MANIPULAČNÍ NÁSTROJOVÉ JEDNOTKY

Krytování manipulační nástrojové jednotky, je nutné z důvodu zakrytí veškerých pohyblivých

částí. Kryty tvoří hlavní bezpečnostní prvek celé sestavy. Konstrukce krytů umožňuje

snadnou a rychlou montáž i demontáž v případě potřeby servisu.

HORNÍ OTEVÍRACÍ KRYT

Prostřednictvím horního otevíracího krytu je umožněn snadný přístup obsluhy k zásobníku

nástrojů. Při plném otevření je kryt zajištěn proti zavření podpěrou, což umožňuje pohodlnou

práci v prostoru zásobníku. Konstrukce horního otevíracího krytu je složena z plechové

kostry, ke které je z důvodu dobré vizuální kontroly zařízení připevněno bezpečnostní

průhledné sklo. Pro zajištění bezpečnosti je otevření krytu blokováno elektromechanickým

bezpečnostním spínačem. Tím je znemožněn přístup k zásobníku nástrojů při procesu výměny

nástroje. Na horním otevíracím krytu je upevněn aktuátor (vidlička) spínače. Při uzavřeném

krytu je aktuátor zajištěn v tělese spínače.

PEVNÉ KRYTY

Pevné krytování manipulační nástrojové jednotky je vyrobeno ze tří samostatných krytů.

Rozdělení krytování na tři samostatné kryty, je z důvodu snadné montáže a demontáže. Pevné

kryty zakrývají části manipulační nástrojové jednotky, které jsou umístěny mimo zástavbu

stroje. Zakrytí pohyblivých částí zařízení je z bezpečnostního hlediska nezbytné. Stroj musí

splňovat bezpečnostní normu ČSN EN 12417+A2 – Bezpečnost obráběcích a tvářecích strojů

– Obráběcí centra. Tato norma přikazuje zakrytí veškerých pohyblivých částí stroje. Pevné

kryty jsou montovány k rámu manipulační nástrojové jednotky a ke krytům stroje pomocí

šroubů. V horním pevném krytu je připravena plocha sloužící pro uložení tělesa

bezpečnostního spínače. Bezpečnostní spínač je připevněn ke krytu pomocí šroubů. Následně

je celé těleso spínače uschováno pod krytem s otvorem. Otvor v horním krytu spínače je

zhotoven z důvodu průchodu aktuátoru (vidlišky) do tělesa spínače. Krytem ve spodní části

zařízení je zakryt prostor s uloženým servomotorem a řemenovým převodem. Pro zajištění

dobré cirkulace vzduchu v prostoru motoru, jsou spodní kryty opatřeny větracími otvory.

5.1.7 OSTATNÍ KOMPONENTY

SANĚ

S využitím saní je přenášen pohyb z unašeče na zásobník nástrojů. Tato komponenta je

uložena na lineárním vedení, které nese celou hmotnost zásobníku nástrojů. Pro zaručení

přesného spojení s vedením a unaščem, musí být dosedací plochy obrobeny. Jedna strana saní

je opatřena drážkami, které umožňují snadnou montáž na vozíky lineárního vedení.

BRNO 2015

45


NOSIČ ENERGIÍ

Nosič energií (viz Obr. 38) je nakupován od firmy KabelSchlepp. Pro tuto konstrukční

variantu manipulační nástrojové jednotky je volen nejmenší nosič energií s vyráběného

sortimentu. Nosič energii je určen pro uložení jediného kabelu, kterým napájen snímač Z-

Nano. Jeden konec nosiče je uchycen k zásobníku nástrojů v místě, kde vychází kabel od

snímače a druhý konec je připojen k základnímu rámu manipulační nástrojové jednotky.

Použití tohoto typu nosiče je doporučeno pro zařízení s maximální rychlostí pohybu 10 ms-1

a

maximálním zrychlením 50 ms-2

. Limitní provozní hodnoty pro užití v manipulační

nástrojové jednotce jsou splněny s velkou rezervou.

PÁSOVÉ KARTÁČE

Pásové kartáče jsou využity jako ochranný prvek zajišťující čistotu lineárního vedení.

Zabraňují vniknutí třísek vznikajících při procesu obrábění do prostoru lineárního vedení. Pro

tuto konstrukční variantu jsou užity dva kartáče umístěné před každým lineárním vedením

(viz obr. 39). Pásové kartáče se montují na horní rám manipulační nástrojové jednotky. Ze

standardizované řady pásových kartáčů (firmy Mink Bürsten ) jsou voleny dva kartáče kolmé

s označením Mink STL2011 a dva kartáče skloněné pod úhlem 45˚ s označením Mink

STL1820.

ELEKTROMECHANICKÝ BEZPEČNOSTNÍ SPÍNAČ

Důležitým bezpečnostním prvkem pro tuto variantu manipulační nástrojové jednotky je

elektromechanický bezpečnostní spínač (viz obr. 40). Spínač je zabráňuje otevření horního

krytu při procesu manipulace se zásobníkem. Otevření horního krytu zásobníku nástrojů je

umožněno pouze v případě vypnutého stroje, nebo při procesu obrábění, kdy zásobník spočívá

v nulové (základní) poloze a je nutný rychlý servis nástroje. Zámek je nakupovaná

komponenta od firmy Euchner. Elektromechanické bezpečnostní spínače řady NZ,VZ jsou

vyráběny s odděleným aktuátorem (vidličkou). Aktuátor je umístěn na otevíracím krytu a

těleso spínače na pozici v horním pevném krytu.

Obrázek 39 umístění stíracích kartáčů Mink Bürsten (z horní strany vedení - pásový kartáč STL

1820, ze spodní strany vedení - kartáč STL 2011), (model z Pro/ENGINEER)

Obrázek 38 nosič energií Kabelschlepp [11]

BRNO 2015

46


Spínač NZ, VZ umožňuje otáčení hlavy o úhel 90 stupňů. Unikátní konstrukce má samočistící

schopnost, která výrazně omezuje možnost ucpání spínací hlavy nečistotami.[18]

ŽLAB

Pro ochranu motoru a zachycení případných nečistot je do sestavy zařazen plechový žlab. Ten

je uchycen na spodní rám manipulační nástrojové jednotky a na plechový límec zhotovený

v otvoru z boční strany stroje. Žlabem je kompletně oddělen prostor motoru od prostoru pod

kuličkovým šroubem. Případné nečistoty, nebo vysrážená vlhkost jsou zachycovány na žlabu.

Konstrukce plechového žlabu je navržena s dostatečným spádem pro odvod výše zmíněných

nečistot a vlhkosti.

Obrázek 40 bezpečnostní spínač NZ, VZ 089486 [18]

BRNO 2015

47

KONTROLA KULIČKOVÉHO ŠROUBU

5.2 KONTROLA KULIČKOVÉHO ŠROUBU

Pro pohyb se zásobníkem nástrojů je volen kuličkový šroub od firmy Bosch Rexroth ze

standardní řady SN-R. Kontrola kuličkového šroubu je provedena podle vzoru německé

normy DIN ISO 3408-5 . Dle této normy je řešen výpočet středních otáček, střední axiální

síly a životnosti kuličkového šroubu. Pro další kontrolu je využíváno výpočtů, které jsou

uvedeny v katalogu Bosch Rexroth. Dle tohoto výpočtů lze zvolený šroub zkontrolovat na

kritickou axiální sílu. Firmou Bosch Rexroth je stanoven výpočet pro určení potřebného

točivého momentu a výkonu pro dané zatížení kuličkového šroubu.

Provedená kontrola kuličkového šroubu byla konzultována s inženýrem Lubomírem Ostrým.

(Vedoucí vývoje ve firmě KULIČKOVÉ ŠROUBY KUŘIM a.s.)

5.2.1 VSTUPNÍ PARAMETRY MANIPULACE SE ZÁSOBNÍKEM NÁSTROJŮ

Kuličkový šroub je kontrolován v závislosti na stanovené rychlostní charakteristice

manipulace. Volba maximální rychlosti a zrychlení je omezena použitým lineárním vedením

(viz kapitola 5.1.2). Pro manipulaci je volena hodnota rychloposuvu v=0,6 ms-1

a zrychlení

a=2 ms-2

. Na základě těchto zvolených parametrů je následně vypočten časový a silový

průběh na dráze manipulace. Dráha posuvu zásobníku nástrojů z nulové polohy do polohy

výměny je s=613 mm. Pohyb zásobníku nástrojů je dělen do šesti fází (viz tab. 13).

Tabulka 14 vstupní parametry manipulace

fáze rychlost zrychlení

[ms-1] [ms-2]

1 0

2 0,6

2 0,6 0

3 0,6

-2 0

4 0

2 0,6

5 0,6 0

6 0,6

-2 0

1. Fáze...rozjezd zásobníku z nulové polohy (pohyb zrychlený)

2. Fáze...rychloposuv zásobníku (pohyb konstantní rychlostí)

3. Fáze...dojezd zásobníku do výměnné polohy (pohyb zpomalený)

4. Fáze...rozjezd zásobníku z výměnné polohy (pohyb zrychlený)

5. Fáze...rychloposuv zásobníku (pohyb konstantní rychlostí)

6. Fáze...dojezd zásobníku do nulové polohy (zpomalený pohyb)

BRNO 2015

48


5.2.2 VÝPOČET DOBY A DRÁHY JEDNOTLIVÝCH FÁZÍ VÝMĚNY

Výpočty doby a dráhy jednotlivých fází jsou provedeny na základě vstupních volených

parametrů pohybu zásobníku nástrojů. Základní vstupní parametry - počáteční zrychlení a

rychloposuv.

Je možné provést výpočty pouze pro pohyb zásobníku v jednom směru (z nulové polohy do

polohy výměny), protože pohyb zásobníku je navržen symetricky (zásobník nástrojů se

pohybuje stejně z polohy výměny zpět do nulové polohy). Z tohoto faktu vyplývá rovnoměrné

opotřebení závitů matice a kuličkového šroubu.

DOBA PRVNÍ FÁZE

Doba prvního úseku je vypočtena v závislosti na zvoleném počátečním zrychlení a cílové

rychlosti rychloposuvu zásobníku nástrojů (viz. tab. 12).

1

1

-1

-2

0,60,3 s

2

kde:

[s]...doba první fáze

0,6 [ms ]...změna rychlosti v první fázi

a 2 [ms ]...zrychlení v první fázi

va

t

vt

a

t

v

(6)

DRÁHA PRVNÍ FÁZE

Dráha prvního úseku je vypočtena z času a zrychlení v první fázi pohybu.

2 2

1 1

1

2 0.3 0,18 m

kde:

[m]...dráha první fáze

s a t

s

(7)

DOBA TŘETÍ FÁZE

Doba třetího úseku je stejná jako doba prvního úseku. Zásobník zpomaluje na stejné dráze

z rychlosti v=0,6 ms-1

se zpomalením a=2 ms-2

(viz. tab. 12).

3 1

3

0,3 s

kde:

[s]...doba třetí fáze

t t

t

(8)

DRÁHA TŘETÍ FÁZE

3 1

3

0,18 m

kde:

[m]...dráha třetí fáze

s s

s

(9)

BRNO 2015

49


DRÁHA DRUHÉ FÁZE

Dráha druhého úseku je stanovena rozdílem celkové dráhy manipulace v jednom směru a

součtu dráhy prvního a třetího úseku.

2 1

2

2 0,613 2 0,18 0,253 m

kde:

0,613 [m]...dráha manipulace z nulové plohy do polohy výměny

[m]...dráha druhé fáze

s s s

s

s

(10)

DOBA DRUHÉ FÁZE

22

2

-1

0,2530,422 s

0,6

kde:

[s]...doba druhé fáze

0,6 [ms ]...rychlost ve druhé fázi

st

v

t

v

(11)

DOBA POHYBU ZÁSOBNÍKU Z NULOVÉ POLOHY DO POLOHY VÝMĚNY

Jedná se o efektivní časovou hodnotu. Za tuto dobu je zásobník nástrojů ustaven přímo

v poloze výměny.

0 0,613 1 2 3

0 0,613

0,3 0,422 0,3 1,022 s

kde:

[s]...doba manipulace z nulové polohy do polohy výměny

t t t t

t

(12)

CELKOVÁ DOBA POHYBU ZÁSOBNÍKU Z NULOVÉ POLOHY DO POLOHY VÝMĚNY A ZPĚT DO NULY

Tato časová hodnota je pouze teoretická. V celkovém čase není zahrnuta doba, po kterou

zásobník setrvá ve výměnné poloze kdy si vřeteno odebírá nástroj z příslušné pozice. Pro

každou pozici nástroje je tato doba odlišná. Záleží také na výchozí pozici, ze které vřeteno

zahajuje pohyb směrem k zásobníku. Celková doba je využita pro stanovení procentuálních

časových úseků, které slouží k výpočtu středního axiálního zatížení kuličkového šroubu.

Nejvyšší hodnota středního axiálního zatížení vznikne v případě, kdy je pohyb zásobníku

kontinuální, proto je doba prostoje zásobníku zanedbána. Šroub je tedy zkontrolován na

nejkritičtější možnou situaci.

0 0,6132 2 1,022 2,044 s

kde:

[s]...celková doba manipulace z nulové polohy do polohy výměny a zpět

c

c

t t

t

(13)

BRNO 2015

50


VÝPOČET PROCENTUÁLNÍCH ČASOVÝCH ÚSEKŮ JEDNOTLIVÝCH FÁZÍ

Výpočet procentuálních časových úseku vyplývá z časů jednotlivých fází manipulace,

v poměru s celkovou teoretickou dobou výměny (viz. tab. 13). Stanovení procentuálních

úseků je z důvodu určení střední axiální síly.

(viz [8])

100 [%]

kde:

[%]...procentuální časový úsek dané fáze

[s]...doba jednotlivých fázích

[s]...celkový doba manipulace z nulové polohy do polohy výměny a zpět

j

j

c

j

j

c

tq

t

q

t

t

(14) [8]

Tabulka 15 časové úseky jednotlivých fází

fáze pohyb

uražená dráha

doba tj celková doba tc

časový úsek qj

rychlost v zrychlení a

[m] [m] [s] [s] [%] [ms-1] [ms-2]

1 0

0,18 0,3

2,044

14,68 0

2 0,18 0,6

2 0,18

0,253 0,422 20,65 0,6 0 0,433

3 0,433

0,18 0,3 14,68 0,6

-2 0,613 0

4 0,613

0,18 0,3 14,68 0

2 0,433 0,6

5 0,433

0,253 0,422 20,65 0,6 0 0,18

6 0,18

0,18 0,3 14,68 0,6

-2 0 0

BRNO 2015

51


5.2.3 VÝPOČET PRŮMĚRNÝCH OTÁČEK V JEDNOTLIVÝCH FÁZÍCH

Průměrné otáčky kuličkového šroubu jsou stanoveny z rychlosti v jednotlivých fázích a ze

stoupání závitu kuličkového šroubu. Pro fáze zrychlení a zpomalení zásobníku je pro výpočet

volena střední hodnota rychlosti v těchto fázích.

(viz [8])

1

1

1

60 1000 [min ]

kde:

[min ]...otáčka v jednotlivých fázích

[ms ]...průměrná rychlost v jednotlivých fázich

[mm]...stoupání závitu kuličkového šroubu

j

j

j

j

vn

P

n

v

P

(15)

Tabulka 16 průměrné otáčky v jednotlivých fázích

fáze

průměrná rychlost vj

stoupání závitu P

průměrné otáčky nj

[ms-1] [mm] [min-1]

1 0,3

10

1800

2 0,6 3600

3 0,3 1800

4 0,3 1800

5 0,6 3600

6 0,3 1800

5.2.4 VÝPOČET STŘEDNÍCH OTÁČEK KULIČKOVÉHO ŠROUBU

Střední otáčky kuličkového šroubu jsou stanoveny podle otáček v jednotlivých úsecích.

(viz [8])

1

1

1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 1

1

1

1

[min ]100

[min ]100

14,68 900 20,65 1800 14,68 900 14,68 900 20,65 1800 14,68 900 [min ]

100

1271 min

kde:

[min ]...střední otáčky kul

nj

m j

x

m

m

m

m

qn n

q n q n q n q n q n q nn

n

n

n

ičkového šroubu

(16)

BRNO 2015

52


5.2.5 VÝPOČET AXIÁLNÍCH SILOVÝCH ÚČINKŮ NA KULIČKOVÝ ŠROUB V JEDNOTLIVÝCH FÁZÍCH

Kuličkový šroub je zatěžován axiální silou vyvolanou vlivem zrychlení zásobníku nástrojů a

odporem těsnění kuličkové matice (viz tab. 16). Ostatní pasivní odpory vyvolané stíracími

kartáči, teleskopickou krycí pružinou a lineárním vedením nejsou výrobcem uváděny a nelze

je individuálně změřit. Z toho důvodu jsou tyto vedlejší pasivní odpory pro výpočet

kuličkového šroubu zanedbány.

VÝPOČET TŘECÍ SÍLY TĚSNĚNÍ KULIČKOVÉ MATICE

(viz [8])

2000 [N]

0,03 2000 [N]

10

18,85 N

kde:

[N]...třecí síla těsnění kuličkové matice

M =0,03 [Nm]...třecí moment těsnění matice (uvedený výrobcem)

tt

t

t

t

t

MF

P

F

F

F

(17)

VÝPOČET AXIÁLNÍ SÍLY V PRVNÍ FÁZI

1

1

1

1

[N]

40 18,85 [N]

58,85 N

kde:

F [N]...axiální síla v první fázy

F [N]...síla vyvolaná zrychlením zásobníku

tF F F

F

F

(18)

Tabulka 17 axiální silové účinky v jednotlivých fázích

fáze 1 2 3 4 5 6

hmotnost [kg] 20

zrychlení a [ms-2] 2 0 2 2 0 2

síla Fj [N] 58,85 18,85 58,85 58,85 18,85 58,85

otáčky nj [min-1] 1800 3600 1800 1800 3600 1800

čas qj [%] 14,68 20,65 14,68 14,68 20,65 14,68

Ve fázích pohybu konstantní rychlostí, je šroub zatěžován pouze třecí silou těsnění.

BRNO 2015

53


5.2.6 VÝPOČET STŘEDNÍHO AXIÁLNÍHO ZATÍŽENÍ

(viz [20])

33

1

6 3 3 3 6 61 1 2 23

1 2 61

[N]100

... [N]100 100 100

44,587 N

kde:

[N]...střední axiální zatížení

[N]...axiální zatížení v jednotlivých fázích

n j j

m jjm

m jm m m

m

m

j

n qF F

n

n qn q n qF F F F

n n n

F

F

F

(19)

5.2.7 VÝPOČET KRITICKÉ AXIÁLNÍ SÍLY V KULIČKOVÉM ŠROUBU

(viz [8])

Obrázek 41 volba konstanty stanovené použitými ložisky[8]

442

2

44

2

2

10 [N]

9,920,4 10 [N]

732

3657 N

kde:

[ ]...kritická axiální síla pro kuličkový šroub

[ ]...malý průměr závitu kuličkového šroubu

[ ]...nepodepřená délka kuličkového šr

c Fc

c

c

c

c

c

dF f

l

F

F

F N

d mm

l mm

oubu

[ ]...konstanta stanovená použitými ložisky (viz obr. 40)Fcf

(20)

BRNO 2015

54


5.2.8 VÝPOČET DOVOLENÉ AXIÁLNÍ SÍLY V KULIČKOVÉM ŠROUBU

(viz [8])

[N]2

3657 [N]

2

1829 N

kde:

[ ]...dovolená axiální síla na kuličkový šroub

ccp

cp

cp

cp

FF

F

F

F N

(21)

5.2.9 ŽIVOTNOST KULIČKOVÉHO ŠROUBU

Životnost zvoleného kuličkového šroubu je stanovena z hodnoty dynamické únosnosti

kuličkové matice a středního axiálního zatížení kuličkového šroubu.

VÝPOČET ŽIVOTNOSTI KULIČKOVÉHO ŠROUBU V POČTECH CYKLŮ

(viz [20])

3

6

3

6

11

10 [ ]

250010 [ ]

44,587

1,763 10

kde:

[ ]...životnost uvedená v počtu cyklů

[ ]...dynamická únosnost kuličkové matice

a

m

a

CL

F

L

L

L

C N

(22)

VÝPOČET ŽIVOTNOSTI KULIČKOVÉHO ŠROUBU V HODINÁCH

(viz [20])

11

6

[h]60

1,763 10 [h]

60 2543

1,155 10 h

kde:

[h]...životnost v hodinách

h

m

h

h

h

LL

n

L

L

L

(23)

BRNO 2015

55


5.2.10 VÝPOČET TOČIVÉHO MOMENTU NA KULIČKOVÉM ŠROUBU

Točivý moment je stanoven v závislosti na provozní síle a stoupání kuličkového šroubu.

(viz [8])

1

[Nm]2000

58,85 10 [Nm]

2000

0,104 Nm

kde:

[Nm]...točivý moment pro převod z rotačního na translační pohyb

=F [ ]...maximální axiální síla při zrychlení

90 [%]...mechanická

Lta

ta

ta

ta

L

F PM

M

M

M

F N

účinnost převodu z rotačního na translační pohyb

(24)

5.2.11 VÝPOČET VÝKONU NA KULIČKOVÉM ŠROUBU

Jmenovitý výkon na kuličkovém šroubu závisí na točivém momentu a maximálních

provozních otáčkách kuličkového šroubu.

(viz [8])

1

[kW]9550

0,104 3600 [kW]

9550

0,039 kW

kde:

[kW]...výkon na kuličkovém šroubu

[min ]...maximální provozní otáčky kuličkového šroubu

taa

a

a

a

M nP

P

P

P

n

(25)

5.2.12 NÁVRH POHONU MANIPULAČNÍ NÁSTROJOVÉ JEDNOTKY

Pro manipulační nástrojovou jednotku je volen servomotor s polohovým odměřováním od

firmy Siemens. Technické parametry servomotoru jsou určeny na základě výpočtů

kuličkového šroubu.

NÁVRHOVÉ PARAMETRY

točivý moment na kuličkovém šroubu Mta=0,104 Nm (viz kapitola 5.2.10)

minimální potřebný výkon Pa=0,039 kW (viz kapitola 5.2.11)

provozní otáčky kuličkového šroubu n= 3600 min-1

(viz kapitola 5.2.3)

Z důvodu vysokých otáček a nízkého točivého momentu je mezi servomotor a kuličkový

šroub vložen převod. Ve standardizované ředě není motor, který přesně odpovídá spočteným

parametrům. Motor splňující výkonové požadavky kuličkového šroubu je nabízen pouze

BRNO 2015

56


s vysokou hodnotou jmenovitých otáček, proto je nezbytné užití převodu mezi motorem a

kuličkovým šroubem „dopomala“.

Konstrukce převodu je navržena v závislosti na parametrech motoru a potřebném výstupu pro

kuličkový šroub. Převodový poměr je stanoven z poměru jmenovitých otáček motoru a

maximálních provozních otáček kuličkového šroubu.

Ze standardizované řady (S-1FK7) servomotorů je volen na základě výkonu motor

s označením 1FK7011-5AK21.

Tabulka 18 technické parametry servomotoru [19]

1FK7011-5AK21 s přírozeným chlazením, bez brzdy

jmenovité otáčky

jmenovitý výkon

statický točivý

moment

jmenovitý točivý

moment

jmenovitý proud

počet pólových

dvojic

hmotnost

[min-1] [kw] [Nm] [Nm] [A] [-] [kg]

6000 0,05 0,18 0,08 0,5 4 0,9

JMENOVITÝ TOČIVÝ MOMENT MOTORU

1

2

1

1

1

2

[ ]

6000 [ ]

3600

1,667

kde:

[ ]...převodový poměr mezi motorem a kuličkovým šroubem

[min ]...jmenovité otáčky motoru

=n [min ]...maximální provozní otáčky kuličkového šroubu

ni

n

i

i

i

n

n

(26)

[Nm]

0,104 [Nm]

1,667

0,062 Nm

kde:

[Nm]...jmenovitý točivý moment motoru

tam

m

m

m

MM

i

M

M

M

(27)

BRNO 2015

57

PEVNOSTNÍ VÝPOČET

5.3 PEVNOSTNÍ VÝPOČET

5.3.1 VÝPOČET SVĚRNÉHO POUZDRA

VÝPOČET ZÁKLADNÍCH ROZMĚRŮ ŠROUBU

(viz[22] str. 419,420)

4

4

0,5 3 [mm]

0,5 3 0,7 [mm]

0,606 mm

kde:

[mm]...výška základního trjúhelníku

[mm]...stoupání závitu šroubu M4

M

M

H P

H

H

H

P

(28)

4

4

4

5 [mm]

8

0,379 mm

kde:

[mm]...nosná výška závitu Mr bu 4š ou

M

M

M

h H

h

h

(29)

2 4 4

2 4

2 4

4

3 [mm]

4

3,545 mm

kde:

[mm]...střední průměr závitu M4

[mm]...jmenovitý prů

šroubu

šměr závitu M4roubu

M M

M

M

M

Hd d

d

d

d

(30)

44

4

4

4

4

2 [-]

11,429

kde:

[mm]...počet nosných závitu šroubu M4

2 [mm]...hloubka zašroubování šroubu v řemenici M4

MM

M

M

M

M

dn

P

n

n

d

(31)

Pouze jedenáct celých závitů je zašroubováno v díře.

BRNO 2015

58


TLAK V ZÁVITECH ŠROUBU M4

Axiální síla Pa (viz tab. 13) potřebná pro správné předepnutí svěrného pouzdra, je rozdělena

na dva šrouby v přírubě. (FM4=0,5·Pa).

44

2 4 4 4

4

4

4

4

[MPa]

2650 [MPa]

3,545 0,379 11

57,087 MPa

kde:

[MPa]...tlak v závitech šroubu M4

[N]...axiální síla ve šroubu M4

MM

M M M

M

M

M

M

Fp

d h n

p

p

p

F

(32)

Dovolená hodnota tlaku v závitech šroubu, pro materiál matice hliníková slitina pd=60MPa

(viz[22] str. 453)

VHODNÝ UTAHOVACÍ MOMENT PRO ŠROUBY M4

Pro vyvolání potřebné síly ve spoji lze poměrně dobře odhadnout velikost utahovacího

momentu. Utahovací moment je stanoven jako součet třecího momentu v závitech šroubu a

třecího momentu pod hlavou šroubu. Součinitel tření v závitech je velmi náročné odhadnout.

Pro řešení utahovacího momentu je volen součinitel tření f=0,15. (viz[22] str. 431)

Použitý výpočet utahovacího momentu. (viz[22] str. 449)

4 2 4

4 2 41_ 4

2 4

1_ 4

1_ 4

cos2

[Nm] 2

cos2

600,7 cos 0,15 3,545

2650 3,545 2 [Nm]

6023,545 cos 0,15 0,7

2

1,121 Nm

kde:

M M

M Mt M

M

t M

t M

t

P f dF d

M

d f P

M

M

M

1_ 4 [Nm]...třecí moment v závitech šroubu

60 ...úhel profilu metrického závitu

[-]...součinitel smykového tření v závitech

M

f

(33)

BRNO 2015

59


_ 4 4

0_ 4

0_ 4

0_ 4

0_ 4

_ 4

[mm] 2

7 4 [mm]

2

5,5 mm

kde:

[mm]...střední průměr mezi kruhové dosedací plochy pod hlavou šroubu

=7 [mm]...průměr hlavy šroubu M4

hl M M

M

M

M

M

hl M

d dd

d

d

d

d

(34)

0_ 4 4

2_ 4

02_ 4

2_ 4

2_ 4

[Nm] 2

0,15 2650 [Nm]

2

1,093 Nm

kde:

[Nm]...třecí moment pod hlavou šroubu

M M

t M

t M

t M

t M

f d FM

dM

M

M

(35)

_ 4 1_ 4 2_ 4

_ 4

_ 4

_ 4

[Nm]

1,121 1,093 [Nm]

2,214 [Nm]

kde:

[Nm]...utahovací moment pro šrouby M4

U M t M t M

U M

U M

U M

M M M

M

M

M

(36)

5.3.2 KONTROLA HNANÉ ŘEMENICE

Pro přenos točivého momentu z hnané řemenice na kuličkový šroub je užito kotoučového

pera. Řemenice je vyráběna z hliníkové slitiny. Z toho důvodu je důležitá kontrola

dovoleného tlaku v drážce náboje. Kotoučová pera jsou vyráběna z materiálu 1.0060, který

disponuje v porovnání s materiálem řemenice několikanásobně lepšími pevnostními

vlastnostmi. Z toho důvodu hrozí přednostně porušení náboje. Zásadní je tedy určení tlaku

v drážce náboje a následné srovnání s dovolenou tlakovou hodnotou pro daný způsob

zatěžování.

Manipulační nástrojová jednotka je urychlována s velkým zrychlení v obou směrech (z nulové

polohy do polohy výměny a zpět), proto je kontrola otlačení boku drážky v náboji volena pro

střídavé velké rázy. Pro střídavé velké rázy je uvedena hodnota dovoleného tlaku v drážce

náboje 0,25p0. Základní hodnota tlaku p0=70MPa pro náboj ze slitiny (AlSiMg) je uvedena

v tabulce. (viz[22] str. 1081)

Tabulka 19 základní rozměry kotoučového pera a drážky (viz [21] str. 407)

průměr hřídele d

pero drážka v hřídeli drážka v náboji

šířka b výška v délka l šířka s hloubka h průměr d šířka s hloubka h1

[mm] [mm] [mm] [mm] [mm] [mm] [mm] [mm] [mm]

5 1,5 2,6 6,76 1,5 1,8 7 1.5 0,9

BRNO 2015

60


KONTROLA DRÁŽKY NÁBOJE NA OTLAČENÍ

2

1

2

1

2

1

sin [mm] 2 180

12,83 mm

kde:

[mm ]...plocha kotoučového pera

[mm]...poloměr kotoučového pera

[ ]...uhel kruhové úseče ( sin )2

p

p

rS

S

S

r

l

d

(37)

2 2 2

2

2

2

2

2

acos 2 [mm ]

7,828 mm

kde:

[mm ]...plocha kotoučového pera v drážce hřídele

h [mm]...hloubka drážky v hřídeli

p

p p p

p

r hS r r h t r h

r

S

S

(38)

2

1 2

2 [MPa]

2 0,104 [MPa]

5,001 5

8,318 MPa

kde:

[MPa]...tlak v drážce náboje

[ ]...plocha koutoučového pera v drážce náboje ( )

[ ]...průměr konce kuličkové

tadr

pdr s

dr

dr

dr

pdr pdr

s

Mp

S d

p

p

p

S mm S S S

d mm

ho šroubu (viz tab. 19)

(39)

_ 0_

_

_

_

0_

0,25 [MPa]

0,25 70 [MPa]

31.5 MPa

kde:

[MPa]...dovolená hodnota tlaku na bocích drážky v náboji (hliníková slitina AlSiMg)

[MPa]...základní hodnota tlaku na nábo

d Al Al

d Al

d Al

d Al

Al

p p

p

p

p

p

j (hliníková slitina AlSiMg)

(40)

Skutečný tlak na bocích drážek v náboji je mnohonásobně menší než dovolená hodnota.

Můžeme tedy s jistotou říci, že drážka v náboji spolehlivě vydrží.

BRNO 2015

61

ZÁVĚR

ZÁVĚR

Cílem diplomové práce bylo navrhnout manipulační nástrojovou jednotku, na základě kritické

rešerše běžně používaných systémů u strojů podobného typu, jako CNC vertikální frézka SLV

300. Pro automatickou výměnu nástrojů byla navržena tři funkční konstrukční řešení

manipulační nástrojové jednotky.

Výběr vhodné konstrukční varianty byl uskutečněn na základě porovnání jednotlivých řešení

z pohledu prováděných změn na stávající konstrukci stroje a z pohledu zákazníka.

Z pohledu změn na stroji - bylo cílem přizpůsobení koncepčních návrhů stávající konstrukci

stroje. Z jednotlivých koncepčních návrhů vyplynula skutečnost, že nelze navrhnout

manipulační nástrojovou jednotku, která by neměla dopad na dosavadní konstrukci. Zásadní

změna je nutná v „Y-ové ose“. Stroj je v návrhu prototypu konstruován s malými pojezdy

suportů, což neumožňuje dosah vřetene mimo pracovní stůl. Pro možnost automatické

výměny nástrojů je nezbytné rozšíření tohoto pojezdu „Y-ového“ suportu.

Z pohledu zákazníka - bylo cílem při konstrukci dbát na jednoduchost řešení, komfortní servis

a vysokou kapacitu zásobníku.

Na základě těchto požadavků je zvolena konstrukční varianta s umístěním zásobníku nástrojů

vně zástavbového prostoru stroje. Tato varianta přináší nejmenší zásahy do stávající

konstrukce stroje a počítá s kapacitou deseti nástrojů, s upínačem HSK E25. Vhodná poloha

umístění, umožňuje komfortní servisní přístup a dobrou vizuální kontrolu nad celým

procesem výměny.

Takto navržená konstrukce manipulační nástrojové jednotky umožní zvýšení výrobního

výkonu CNC vertikální frézky SVL 300.

U volené konstrukční varianty byla provedena pevnostní kontrola nejvíce zatěžovaných částí.

K technické správě je doložena základní výkresová dokumentace.

BRNO 2015

62

POUŽITÉ INFORMAČNÍ ZDROJE

POUŽITÉ INFORMAČNÍ ZDROJE [1] Datron M7. Datron Technology [online]. 2014 [cit. 2015-05-27]. Dostupné z:

http://datron.sk/sk/cnc-stroje/cnc-frezovanie/m7

[2] Tool Changing Systems. Datron [online]. 2014 [cit. 2015-05-27]. Dostupné z:

http://www.datron.co.in/toolchanger.htm

[3] Werkzeugwechsler und Werkzeugmagazine. T+S Jakob [online]. 2014 [cit. 2015-05-27].

Dostupné z: http://www.ts-jakob.de/wzw__werkzeugwechsler.html

[4] CNC arena. DMG Mori [online]. 2015 [cit. 2015-05-27]. Dostupné z:

http://en.dmgmori.com/?utm_source=cnc-

arena&utm_medium=background&utm_campaign=dmg-ms

[5] Millatap 700. DMG Mori [online]. 2015 [cit. 2015-05-27]. Dostupné z:

http://us.dmgmori.com/products/ecoline/milltap/milltap-700

[6] DMC 635 V. DMG Mori [online]. 2015 [cit. 2015-05-27]. Dostupné z:

http://us.dmgmori.com/products/milling-machines/vertical-machining-centers/dmc-

v/dmc-635-v/246472

[7] DMU 50. DMG Mori [online]. 2015 [cit. 2015-05-27]. Dostupné z:

http://us.dmgmori.com/products/milling-machines/universal-milling-machines/dmu/dmu-

50

[8] Selection Guide > Drive>Screw Assemblies, Standard series. Bosch Rexroth [online].

2015 [cit. 2015-05-27]. Dostupné z:

https://www.boschrexroth.com/irj/portal/anonymous/eShop?guest_user=anonymousDE&

display=catalog&bridgeSelectedCatalog=BRL&bridgePageId=auswahlhilfe

[9] Linear line. Rollon [online]. 2015 [cit. 2015-05-27]. Dostupné z:

http://www.rollon.com/CZ/cs/produkty/linear-line/2-x-rail/

[10] Neoprene timing belts. Walther Flender Group [online]. 2015 [cit. 2015-05-27].

Dostupné z: http://walther-flender-

gruppe.de/fileadmin/user_upload/Antriebstechnik/Englische_Kataloge/Neoprene_timing_

belts.pdf

[11] MONO – Types 0130, 0180. 2015. Kabelschlepp [online]. [cit. 2015-05-12]. Dostupné

z: http://kabelschlepp.de/sk/html_sk/ef/0130_0180.php

[12] Standard strip brushes (STL). 2014. Mink bursten [online]. [cit. 2015-05-12].

Dostupné z: https://www.mink-buersten.com/en/products-shop/strip-brushes/standard-

strip-brushes/product-search.html

[13] Teleskopické pružiny. 2015. Hestego protection systems [online]. [cit. 2015-05-12].

Dostupné z:

http://www.hestego.cz/fileadmin/user_upload/produkty/teleskopicke_pruziny/teleskopicke

_pruziny_cz_new.pdf

http://datron.sk/sk/cnc-stroje/cnc-frezovanie/m

http://www.datron.co.in/toolchanger.htm

http://www.ts-jakob.de/wzw__werkzeugwechsler.html

http://en.dmgmori.com/?utm_source=cnc-arena&utm_medium=background&utm_campaign=dmg-ms

http://en.dmgmori.com/?utm_source=cnc-arena&utm_medium=background&utm_campaign=dmg-ms

http://us.dmgmori.com/products/ecoline/milltap/milltap-700

http://us.dmgmori.com/products/milling-machines/vertical-machining-centers/dmc-v/dmc-635-v/246472

http://us.dmgmori.com/products/milling-machines/vertical-machining-centers/dmc-v/dmc-635-v/246472

http://us.dmgmori.com/products/milling-machines/universal-milling-machines/dmu/dmu-50

http://us.dmgmori.com/products/milling-machines/universal-milling-machines/dmu/dmu-50

https://www.boschrexroth.com/irj/portal/anonymous/eShop?guest_user=anonymousDE&display=catalog&bridgeSelectedCatalog=BRL&bridgePageId=auswahlhilfe

https://www.boschrexroth.com/irj/portal/anonymous/eShop?guest_user=anonymousDE&display=catalog&bridgeSelectedCatalog=BRL&bridgePageId=auswahlhilfe

http://www.rollon.com/CZ/cs/produkty/linear-line/2-x-rail/

http://walther-flender-gruppe.de/fileadmin/user_upload/Antriebstechnik/Englische_Kataloge/Neoprene_timing_belts.pdf



http://kabelschlepp.de/sk/html_sk/ef/0130_0180.php

https://www.mink-buersten.com/en/products-shop/strip-brushes/standard-strip-brushes/product-search.html

https://www.mink-buersten.com/en/products-shop/strip-brushes/standard-strip-brushes/product-search.html

http://www.hestego.cz/fileadmin/user_upload/produkty/teleskopicke_pruziny/teleskopicke_pruziny_cz_new.pdf

http://www.hestego.cz/fileadmin/user_upload/produkty/teleskopicke_pruziny/teleskopicke_pruziny_cz_new.pdf

BRNO 2015

63

POUŽITÉ INFORMAČNÍ ZDROJE

[14] Product Catalog Pneumatics. Aventics [online]. 2015 [cit. 2015-05-27]. Dostupné z:

http://www.aventics.com/pneumatics-

catalog/Vornavigation/VorNavi.cfm?Variant=internet&Language=EN&SearchMatNo=r4

12020403&PageID=p629846

[15] Werkstoffdatenblatt: EN AW - 5083 (AlMg4,5Mn). Batz+Burgel GmbH [online].

2014 [cit. 2015-05-27]. Dostupné z: http://www.batz-

burgel.de/produkte/en_aw_5083.html

[16] Werkstoffdatenblatt: EN AW - 6082 (AlMgSi1). Batz+Burgel GmbH [online]. 2014

[cit. 2015-05-27]. Dostupné z: http://www.batz-burgel.de/produkte/en_aw_6082.html

[17] Locking Assemblies. Tollok [online]. 2015 [cit. 2015-05-27]. Dostupné z:

http://www.tollok.com/cataloghi/Catalogo%20TOLLOK%20inglese.pdf

[18] Bezpečnostní spínače NZ,VZ. Euchner [online]. 2014 [cit. 2015-05-27]. Dostupné z:

http://www.euchner.cz/produkty/bezpecnost/bezpecnostni-spinace/nz-vz/

[19] SINAMICS Drives and SIMOTICS Motors for Single-Axis

Applications. Siemens [online]. 2015 [cit. 2015-05-27]. Dostupné z:

http://www.industry.usa.siemens.com/drives/us/en/electric-drives/ac-

drives/Documents/Catalog-D31-Complete.pdf

[20] DIN ISO 3408-5. Kugelgewindetriebe. 2011. Berlin: DIN Deutsches Institut fur

Normung e.V.

[21] ŘASA, Jaroslav a Josef ŠVERCL. Strojnické tabulky 1. Praha: Scientia, spol. s.r.o.

pedagogické nakladatelství, 2004. ISBN 80-7183-312-6

[22] SHIGLEY, J.E. - MISCHKE, Ch.R. - BUDYNAS R.G.: Konstruování strojních

soucástí, Vydalo VUT v Brne, nakladatelství VUTIUM 2010, ISBN 978-80-214-2629-0

http://www.aventics.com/pneumatics-catalog/Vornavigation/VorNavi.cfm?Variant=internet&Language=EN&SearchMatNo=r412020403&PageID=p629846



http://www.batz-burgel.de/produkte/en_aw_5083.html



http://www.tollok.com/cataloghi/Catalogo%20TOLLOK%20inglese.pdf

BRNO 2015

64

SESNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ

SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ

v [ms-1

] změna rychlosti v první fázi

[%] mechanická účinnost převodu z rotačního na translační pohyb

a [ms-2

] zrychlení zásobníku

C [-] konstanta zohledňující typ použití

Ca [N] dynamická únosnost kuličkové matice

D [mm] vnější průměr svěrného pouzdra

d0-M4 [mm] střední průměr mezi kruhové dosedací plochy pod hlavou šroubu

d2 [mm] malý průměr závitu kuličkového šroubu

d2M4 [mm] střední průměr závitu šroubu M4

dg [mm] průměr šroubu M4

dhl-M4 [mm] průměr hlavy šroubu M4

DM [mm] minimální průměr náboje

dM4 [mm] jmenovitý průměr závitu šroubu M4

ds [mm] průměr konce kuličkového šroubu

F [N] síla vyvolaná zrychlením zásobníku

f [-] součinitel smykového tření v závitech

F1 [N] axiální síla v první fázi

Fc [N] kritická axiální síla na kuličkový šroub

Fcp [N] dovolená axiální síla na kuličkový šroub

fFc [-] konstanta stanovená použitými ložisky

Fj [N] axiální zatížení v jednotlivých fázích

Fm [N] střední axiální zatížení

FM4 [N] axiální síla ve šroubu M4

Ft [N] třecí síla těsnění kuličkového šroubu

H [mm] výška základního trojúhelníku

h [mm] hloubka drážky v hřídeli

hM4 [mm] nosná výška závitu šroubu M4

i [-] převodový poměr

K [-] konstanta pro určení minimálního průměru náboje

l [mm] maximální rozteč šroubů

L [-] životnost uvedená v počtu cyklů

lc [mm] nepodepřená délka kuličkového šroubu

BRNO 2015

65


Lh [h] životnost v hodinách

Mm [Nm] jmenovitý točivý moment motoru

Mt [Nm] třecí moment těsnění matice

Mt1-M4 [Nm] třecí moment v závitech šroubu

Mt2-M4 [Nm] třecí moment pod hlavou šroubu

Mta [Nm] točivý moment pro převod z rotačního na translační pohyb

MU-M4 [Nm] utahovací moment pro šroub M4

n [min-1

] maximální provozní otáčky kuličkového šroubu

n1 [min-1

] jmenovité otáčky motoru

nj [min-1

] otáčky v jednotlivých fázích

nm [min-1

] střední otáčky kuličkového šroubu

nM4 [mm] počet nosných závitů šroubu M4

P [mm] stoupání závitu kuličkového šroubu

P0-Al [MPa] základní hodnota tlaku na náboj

Pa [N] celková axiální síla

Pa [kW] výkon na kuličkovém šroubu

pd-Al [MPa] dovolená hodnota tlaku na bocích drážky v náboji

PM4 [mm] stoupání závitu šroubu M4

pM4 [MPa] tlak v závitech šroubu M4

pn [MPa] měrný tlak na náboj

Pv [N] axiální síla ve svěrném spojení vyvolaná jedním šroubem M4

qj [%] procentuální časový úsek dané fáze

rp [mm] poloměr kotoučového pera

s [m] dráha manipulace z nulové polohy do polohy výměny

s1 [m] dráha první fáze

S1 [mm2] plocha kotoučového pera

s2 [m] dráha druhé fáze

S2 [mm2] plocha kotoučového pera v drážce hřídele

Sf [mm] minimální tloušťka příruby

Spdr [mm2] plocha kotoučového pera v drážce hřídele

t0-0,613 [s] doba manipulace z nulové polohy do polohy výměny

t1 [s] doba první fáze

t1 [s] doba druhé fáze

BRNO 2015

66


t3 [s] doba třetí fáze

tc [s] celková doba manipulace z nulové polohy do polohy výměny a zpět

tj [s] doba jednotlivých fází

v [ms-1

] rychlost ve druhé fázi

vj [ms-1

] průměrná rychlost v jednotlivých fázích

x [-] počet šroubů určených k utažení příruby

α [ ] úhel profilu metrického závitu

σ02 [MPa] mez kluzu

BRNO 2015

67

SEZNAM PŘÍLOH

SEZNAM PŘÍLOH

P1, 1403_11000 výkres celkové sestavy nástrojová jednotka (formát A0)

P2, 1403_11002 výkres svařované sestavy rám spodní (formát A1)

P3, 1403_11007 výrobní výkres deska (formát A3)

P6, 1403_2023 výrobní výkres ložiskový domek (formát A3)

P5, 1403_2024 výrobní výkres ložiskový domek (formát A3)

Date post:	31-Oct-2020
Category:	Documents
Upload:	others
View:	15 times
Download:	0 times